V_2O_5/C脱硝催化反应的数值模拟与实验研究

选择性催化还原法(SCR)是主要的商业化烟气脱硝技术,由于烟气温度在100~250℃时V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂的活性较差,故对低温催化剂的研究提上日程。文中通过数值模拟研究V_2O_5/C随温度变化的催化反应,并与V_2O_5-WO_3/TiO_2进行对比,最后在小型实验台上进行实验研究,实验表明,V_2O_5/C催化反应基本符合一级反应动力学特征,而且在低温下催化剂具有较好活性,这为电厂将SCR反应器置于湿式FGD系统之后以及汽车尾气中NO_X的净化提供了参考。     

纳米级V_2O_5/TiO_2的活性特征及对碳烟氧化的催化作用

采用浸渍法制备了不同钒负载量的纳米级V_2O_5/TiO_2催化剂,通过扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射仪(X-ray diffractomer,XRD)和傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrometer,FT-IR)测试手段对催化剂的物化特性进行表征。以Printex-U碳黑作为实际发动机颗粒的替代物,利用热重分析法探究V_2O_5负载量对催化氧化碳烟活性的影响,并基于Flynn-Wall-Ozawa法定量表征碳烟催化氧化反应过程。研究结果表明:较低钒负载量时,活性组分钒氧物种处于高度分散状态,基本呈现单层分布。当负载量较高(40%)时,部分钒氧物种开始团聚并以结晶态析出,催化剂表面出现明显的柱状晶结构。随着钒负载量的增加,在碳烟氧化过程中催化剂活性呈递增趋势。在一系列样品中,负载量20%的V_2O_5/TiO_2催化剂表现出最佳催化活性,与无触媒状态相比,碳烟氧化的起燃温度Ti、失重峰值温度Tp和燃尽温度Tf等特征温度的降幅最大。当负载量达40%时,V_2O_5主要以结晶相存在,占据大量活性位,降低催化效果。由FWO法热力学分析得到颗粒氧化的活化能的顺序为EPMEV5EV10EV40EV20。     

H_2O对CO在0.5%PdZrO_2/γ-Al_2O_3上催化燃烧特性的影响

以0.5%PdZrO_2/γ-Al_2O_3为催化剂,在所搭建的比例积分微分控制(PID)多功能实验装置上进行CO催化燃烧基础特性实验,分析了H_2O对CO转化率的影响,以及H_2O体积分数的变化对CO转化率和CO催化燃烧反应时间的影响.结果表明:H_2O的加入大幅提升了CO在催化剂上的起燃温度和燃尽温度,增大了CO催化燃烧反应所需的活化能,且随着H_2O体积分数的增大,CO起燃温度和燃尽温度逐步升高;CO转化率随H_2O体积分数的增加逐渐降低;CO反应稳定所需时间随H_2O体积分数的增大而增加;H_2O的存在降低了催化剂的活性,抑制了催化燃烧的进行.     

Fe-Ag/La_2O_3-ZrO_2催化乙醇水蒸气重整制氢

用草酸盐沉淀法制备La2O3-ZrO2复合氧化物载体,用浸渍法制备Fe-Ag/La2O3-ZrO2催化剂;用X射线衍射技术表征催化剂;考察了催化剂在乙醇水蒸气重整反应中的催化活性。结果表明,La含量较低的La2O3-ZrO2复合载体具有明显的四方晶相结构;Fe-Ag/La2O3-ZrO2催化剂在乙醇水蒸气重整反应中表现出良好的催化性能,气相产物中H2物质的量分数很高,CO和CH4物质的量分数很低;La,Ag,Fe含量影响催化剂的活性及选择性。在以(1Ag20Fe)20(2La8Zr)为催化剂,反应温度为823 K、乙醇与水物质的量比为1∶6,乙醇水溶液流速为0.1 mL/min的反应条件下,乙醇转化率达到95.7%,气相产物中H2物质的量分数为78.7%、CO的物质的量分数小于1.2%。     

Fe_2O_3/γ-Al_2O_3催化裂解生物质制氢研究

在自行研制的生物质连续热解反应装置上进行了稻壳连续热解和二次催化裂解制氢试验研究,所用Fe_2O_3/γ-Al_2O_3催化剂采用浸渍法制备。考察了Fe/Al催化剂焙烧温度及二次催化裂解温度对裂解气中H_2含量和裂解液体组分的影响。试验结果表明:Fe_2O_3/γ-Al_2O_3催化剂对H_2有较大的选择性,当Fe/Al=0.7、催化剂焙烧温度为550℃、二次裂解温度为700℃时,H_2产率达到34.8%;稻壳直接二次裂解液体产物中主要为醋酸,含量达49.44%,催化裂解后主要为丙酮,含量达到50.56%。     

介孔TiO_2为载体的V-W-Ti催化剂及其脱硝性能

针对燃煤电站锅炉烟气脱硝的主流工艺选择性催化还原技术(selective catalytic reduction,SCR),设计了具有介孔载体结构钒-钨-钛体系(V-W-Ti:V_2O_5-WO_3/TiO_2)催化剂.研究了TiO_2载体的晶型、介孔结构、表面形貌对催化剂脱硝性能的影响.结果表明:采用不同模板剂制备得到的TiO_2载体,其晶型、孔结构参数和表面形貌均有变化,结合催化剂脱硝效率评价结果发现:具有混晶结构载体的样品脱硝性能最佳,而表面平滑的催化剂形貌和较高的比表面积有利于脱硝活性的提高.样品在150～400℃区间均表现出高效的NO转化性能,尤其是在低温区(100～200℃)表现出对温度的快速响应,对于燃煤电厂烟气脱硝过程具有重要的实用价值.     

CuO负载对V_2O_5/AC脱硝催化剂孔隙结构的影响

为了考察CuO对V_2O_5/AC脱硝催化剂孔隙结构的影响,采用N_2等温吸/脱附法测量V_2O_5/AC脱硝催化剂孔隙结构的表征参数,并研究了CuO负载量对催化剂孔隙结构的影响规律。结果表明,活性炭载体微孔结构极其发达,占据孔隙结构的绝大部分,中孔及大孔的数量较少,V_2O_5主要沉积于活性炭载体中孔内,CuO低负载量时分散性较好,主要沉积在微孔内,对催化剂孔隙结构影响较小,CuO负载量较高时在微孔和中孔内均有沉积,沉积量相差不大。CuO和V_2O_5的负载使催化剂比表面积减小,但对活性炭基催化剂孔径分布影响甚微。     

Ni/KZSM-5催化剂的生物乙醇水蒸气重整制氢催化性能

采用浸渍法制备了Ni/γ-Al_2O_3,Ni/HZSM-5和Ni/KZSM-5 3种负载型催化剂,利用XRD,XPS,BET,NH3-TPD,CO2-TPD和H2-TPR等手段对催化剂的晶相、比表面积、酸/碱性等物化特性进行了表征,并通过固定床反应器对比考察了不同载体的Ni基负载型催化剂对乙醇水蒸气重整制氢的催化性能。实验结果表明:由于HZSM-5的酸性较强,Ni/HZSM-5催化剂不能有效催化乙醇水蒸气重整制氢,主要产物为乙烯;由于KZSM-5具有一定的碱性并有较高的比表面积,Ni/KZSM-5催化剂对乙醇水蒸气重整制氢表现出了较高的催化活性,当反应温度为450℃时,乙醇转化率为100%,氢气选择性达到65.0%,且反应积碳率仅为3.0%;由于载体的碱性较弱,导致产物中含有部分乙烯,降低了氢气选择性,从而Ni/γ-Al_2O_3催化剂的活性低于Ni/KZSM-5催化剂。     

Cu/ZSM-5分子筛催化剂SCR催化性能

采用液态离子交换法制备了不同Cu含量的Cu/ZSM-5分子筛催化剂.对其理化特性和在NH3-选择性催化还原反应中催化性能的评价结果表明:Cu元素主要以Cu+离子的形式富集于分子筛的浅层及表面,且分散性较好.Cu质量分数低于6.39%时,NO低温转化率随Cu含量的增加而增加;而在Cu质量分数超过6.39%后,随Cu含量的增加,高温NO转化率开始衰减的温度降低.反应气流速在150,000,h-1以内时,反应气流速对Cu/ZSM-5催化剂的活性温度窗口影响不大.     

5%Mn/TiO_2联合臭氧催化氧化NO的性能分析

针对臭氧催化氧化脱除烟气中NO的方法,采用浸渍法制备了5%Mn/TiO_2催化剂,研究了催化剂联合臭氧对NO催化氧化性能的影响.发现n(O_3)/n(NO)1时,催化剂的加入显著提升了臭氧氧化NO的效率.150℃时联合催化氧化NO的效率相对于臭氧单独氧化NO的效率提升了约30%.50℃下,n(O_3)/n(NO)=0.5,联合催化氧化的效率相对于不使用臭氧的单独催化氧化NO提升了约40%.对新鲜的5%Mn/TiO_2催化剂进行了XRD、TGA和H_2-TPR等表征测试以及参与氧化反应前后的催化剂进行了SEM和XPS分析.得知MnO_2、Mn_2O_3和Mn_3O_4是主要活性组分,含有大量Mn~(3+).通过XPS结果分析,可以总结出催化剂促进臭氧分解出活性氧,并吸附在活性金属位点上,再与NO反应生成NO_2.     

纳米Fe2O3/Fe3O4光催化法处理造纸废水的研究

以纳米Fe_2O_3/Fe_3O_4为催化剂,用光催化氧化法处理造纸废水。研究结果表明:该催化剂能有效、快速地降低废水中的COD_(Cr),催化剂用量、H_2O_2用量、pH值、反应时间等各因素对处理效果的影响大小依次为:光照时间>H_2O_2用量>催化剂用量>溶液pH值;室温下最佳反应条件为:催化剂用量0.5g·L~(-1)、30%的H_2O_2用量为5‰(V/V)、pH=3.0,300W高压汞灯光照4h,废水的COD_(Cr)值从800 mg·L~(-1)降到48mg·L~(-1),去除率达到94%。实验进一步考察了太阳光照射下催化剂对废水的降解效果,表明太阳光光照下催化剂对废水也有较好的处理效果。Fe_3O_4的存在使催化剂具有一定磁性,可利用磁分离法将催化剂从体系中分离。     

整体型V2O5-WO3-MoO3/TiO2催化剂的制备

采用静态氮物理吸附法、X射线衍射及扫描电镜对自行研制的V2O5-WO3-MoO3/TiO2催化剂进行了物化性能表征测定,并在固定床连续积分反应器上进行了活性评价,研究了V2O5、WO3、MoO3等成分的含量对催化剂活性的影响,以及催化剂制备过程中浸泡时间、浸泡液浓度、温度等因素对催化剂负载量的影响.结果表明：催化剂活性成分及助剂比例均存在着最佳值,试验制备的催化剂V2O5/TiO2最佳比例为3%左右,WO3/TiO2比为15%,MoO3/TiO2比为30%;浸泡时间、浸泡液浓度对催化剂负载量的影响基本上呈指数衰减,在足够长的时间内,浸泡液温度只影响催化剂的负载速度,而对于负载量的影响可以忽略.     

Fe2O3/Pt/CdS可见光催化乙醇水溶液脱氢的8立升级放大试验及稳定性考察

报道了在可见光照射下Fe_2O_3/Pt/CdS光催化剂上乙醇水溶液光催化产H_2的8L级放大试验及光催化剂的稳定性研究结果。实验表明:该体系经292.64h光照反应,共产氢4.082L,平均产氢速率为0.99mL/(g·h),最高产氢速率为1.25mL/(g·h),光照292.64h后,催化活性仍维持在一个较为平稳的水平上,产氢速率比平均产氢速率仅下降12%。经计算,本试验中光化学转换效率高达8.2%。     

以工业级锐钛型TiO2为载体V2O5-WO3型催化剂脱氮性能试验研究

为降低脱氮催化剂成本,以工业级锐钛型TiO2为载体,制备V2O5-WO3/TiO2型烟气脱氮催化剂,在自制催化反应器中测试其活性,研究反应温度、空速比、O2浓度、NO浓度、NH3/NO比及V2O5含量等对NO、NO2和N2O转化的影响,采用BET、FT-IR、SEM和XRD等进行微观表征,并与商业催化剂进行比较.结果表明以工业级锐钛型TiO2为载体的催化剂成本较低,在电站锅炉对于脱氮要求不太高的场合还是可行的.     

H_2O_2/Nafion-纳米TiO_2复合膜强化日光光解脱色甲基橙染料研究

用流延法在石墨板上成功制备出用于光催化的Nafion-纳米TiO_2复合膜。在H_2O_2存在的条件下,用Nafion-纳米TiO_2复合膜对甲基橙染料进行可见光照射处理。结果表明,H2_O_2/Nafion-纳米TiO_2复合氧化工艺中甲基橙降解脱色速率显著提高,两者之间存在明显的协同效应。在协同体系中,酸性媒介比碱性媒介更有利于甲基橙染料光解脱色。实验所用的NO_3~-、Cl~-和SO_4~(2-)等阴离子,均对降解脱色有抑制作用,其中NO_3~-对脱色作用抑制最显著。可见光辐射处理前后,UV-Vis谱图分析表明在H_2O_2/Nafion-纳米TiO_2复合膜处理中甲基橙溶液脱色是因为染料发生氧化光解作用。     

二价铁系离子对混合菌种光合产氢的影响

针对不同浓度的Fe2+、Co2'和Ni2+对混合菌种的光合产氢与生长的影响进行实验研究.结果表明适当浓度的二价铁系离子对产氢及生长具有一定促进作用.Fe2+、Co2+和Ni2+最佳产氢浓度分别为9.00、0.45和0.10wnol/L,而对产氢的影响作用大小顺序为:Fe2+>Ni2+>Co2+.二价铁系离子在适当浓度范围内可提高生长速率,其中Co2+对生长的促进作用最大.由于pH值影响二价铁系离子对产氢酶活性的作用,针对Fe2+浓度在不同初始pH值时对混合菌种光合产氢的影响进行实验研究.结果表明当pH=7.0时,Fe2+ 浓度的变化对产氢的影响最显著.而在本试验范围内,随着pH值偏离7.0,Fe2+浓度的变化对产氢的影响逐渐减小.     

Fe2O3为载氧体的煤/秸秆化学链燃烧循环特性研究

对煤、秸秆与Fe2O3以不同质量掺混比混合后化学链燃烧过程中载氧体还原/再生的多循环反应特性进行了研究,重点分析了固体燃料带入的灰分对化学链反应速率的影响以及秸秆的掺入对化学链反应的改善.结果表明：载氧体Fe2O3质量掺混比的增大有利于化学链反应的进行,燃烧起始反应温度降低;Fe2O3作为载氧体受灰分积累的影响较大,其可持续循环能力较差;煤中掺入秸秆改善了煤的化学链燃烧特性,提高了燃烧反应速率和载氧体的再生反应速率.     

TiO2纳米管限域Fe2O3的可见光分解水制氢性能

通过真空−超声辅助的等体积浸渍法制备了TiO2纳米管限域Fe2O3催化剂,考察了其可见光分解水制氢性能。由于TiO2纳米管的限域效应,导致Fe2O3颗粒减小,分散度提高,能隙增大,光生载流子得到有效分离,提高了其光解水制氢活性。     

钒基催化剂NH3-SCR低温反应特性研究

利用固定床反应器及原位漫反射傅里叶变换红外光谱仪,通过稳态及瞬态反应,研究了V2O5-WO3/TiO2催化剂低温NH3选择性催化还原(SCR)机理及低温活性的影响因素.结果表明:低温时,V2O5-WO3/TiO2 SCR催化剂首先吸附气态NH3,形成吸附态NH3\NH4+,然后吸附态NH3\NH4+和气态NO反应,生成N2.因而催化剂表面是否具有吸附氨及氨存储量的大小决定了催化剂的低温活性.此外,反应气中NO2和H2O含量、硫化物、催化剂中活性组分的含量及价态分布均会影响SCR催化剂的低温活性.通过以上试验,结合实际应用经验,为如何设计低温V2O5-WO3/TiO2 SCR催化剂提出指导和建议.     

Thermoelectric properties of P‐doped and V‐doped Fe2O3 for renewable energy conversion

The effect of P and V contents on the microstructure and thermoelectric properties of Fe_2‐xM_xO₃ (M: P and V; 0 ≤ x ≤ 0.01) is studied. Higher P and V contents result in increases of both the grain size and density, thus increasing the electrical conductivity. The absolute values of the Seebeck coefficients of the Fe_2‐xP_xO₃ and Fe_2‐xV_xO₃ increase with increasing P and V contents up to x = 0.0075 and 0.005, respectively, and then decrease with further increase of its concentration. The addition of a small amount of V (0.005) to Fe₂O₃ leads to a marked increase in both the electrical conductivity and Seebeck coefficient. This means that the introduction of a small amount of V is highly effective for improving the thermoelectric properties of Fe₂O₃. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.