陶瓷催化过滤器制备及其脱硝性能研究

采用溶胶凝胶法在陶瓷过滤器上负载TiO_2载体,再负载脱硝活性组分V_2O_5,制备出具有催化功能的V_2O_5-TiO_2陶瓷催化过滤器;采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、化学吸附仪等手段对制备的陶瓷催化过滤器进行了表征;不考虑飞灰颗粒影响,在模拟烟气条件下对制备的陶瓷催化过滤器进行了脱硝性能研究,分析了TiO_2负载次数和负载量、V_2O_5负载量、表面速度、氨氮比等对陶瓷催化过滤器脱硝性能的影响,并考察了表面速度以及氨氮比对陶瓷催化过滤器脱硝性能的影响。结果表明:脱硝催化剂均匀负载在陶瓷过滤器上;负载1次TiO_2载体(即TiO_2质量分数为3%)可以获得最大的过滤器比表面积,有利于负载活性组分;温度为340℃,烟气流量为0.5L/min,V_2O_5负载量为10%时陶瓷催化过滤器的脱硝活性最高,达到80%左右。该结果为进一步研究和优化陶瓷过滤器负载脱硝催化剂提供了依据。     

不同运行时间烟气脱硝催化剂性能对比分析

为研究运行时间对商用SCR烟气脱硝催化剂性能的影响,采用多种分析仪器对厦门某燃煤电厂SCR脱硝反应器中运行了10 080、25 145、30 288、40 368 h的催化剂（V2O5（WO3）/TiO2）进行试验与分析。试验结果表明：（1）SCR脱硝催化剂在运行30 000余小时后,SCR脱硝装置的脱硝效率低于60%,已不能满足燃煤电厂脱硝要求,需对催化剂进行更换或活性再生处理。（2）运行时间的增加会对催化剂孔道及内部介孔产生影响,从而间接影响脱硝效率。（3）随运行时间的延长,催化剂表面活性组分有一定的流失;催化剂表面水溶性离子和重金属元素均有增加的趋势。（4）4种催化剂试样表面未产生明显的活性组分与助催化剂二者的团聚,并且催化剂载体在运行了40 000余小时后仍保持锐钛矿晶型。     

废弃PLA基活性炭的制备及其电化学性能

生物质基活性炭具有绿色环保和比表面积大的优势,因而拥有良好的电化学性能。聚乳酸(PLA)是一种常见的生物质聚合材料,在一次性用品领域里每年会产生大量的废弃PLA。将废弃PLA作为前驱体,通过磷酸低温交联反应和KOH活化造孔,制备得到废弃PLA基活性炭。实验表明,磷酸的交联反应能够抑制焦油的产生,炭产率显著提高;碱炭比(质量比)为3∶1时,废弃PLA基活性炭具有典型的分层多孔框架,拥有最佳孔隙结构和优异的电化学性能,且比表面积达到1 553 m²/g,总孔容可达到0.75 cm³/g;在0.1和1 A/g电流密度下的比电容可分别达到206和185 F/g,经过30 000次循环后,电容保持率仍有90.7%。     

制备参数对V_2O_5/TiO_2催化剂脱硝性能的影响

研究分析了制备参数对V2O5/TiO2催化剂选择性催化还原脱硝性能的影响,考察了V2O5/TiO2催化剂的抗水抗硫性能。结果表明,载体TiO2的比表面积越大,结晶度越弱,越有利于V2O5/TiO2催化剂上的SCR反应;在煅烧温度为500℃和煅烧时间为5 h的条件下制备的1 wt.%V2O5/TiO2催化剂具有最高的脱硝活性,在典型的SCR反应温度范围(300～400℃),NO转化率达到92.7%～98.8%;随着催化剂上V2O5担载量的增加,有序的V2O5晶体随之增加,反应温度的升高将导致N2O生成量的增多,降低催化剂的选择性;当烟气中含有10%H2O和(0～0.2%)SO2时,对V2O5/TiO2催化剂的脱硝活性影响不大。     

基于失活商业脱硝催化剂制备的再生SCR催化剂性能研究

为了解决燃煤电厂废弃商业SCR催化剂的处理以及充分利用锰基SCR催化剂的低温活性,提出了失活商业SCR催化剂再生的新方法:将失活的商业SCR催化剂作为载体,利用多步浸渍法,将锰氧化物(MnO_x)负载于载体上,制备成新的脱硝催化剂。利用XRF,XRD,SEM,XPS和N_2等温吸附等测试技术对新鲜催化剂、失活催化剂以及再生催化剂进行表征,以探究再生方法制备的催化剂相比失活催化剂带来的变化。结果发现,针对采用的原始失活催化剂来说,MnO_2负载质量分数为4.67%时,催化剂的综合理化性能和催化剂的脱硝活性最优。另外,再生的催化剂在250℃条件下仍然可以保持较高的脱硝活性,说明再生的催化剂具有更宽的活性温度窗口。再生催化剂中起到催化作用的是未中毒的V_2O_5以及负载的MnO_x。MnO_x可能为催化剂带来了低温活性。同时,催化剂在高空速下依然可以保持较高的催化活性。该再生方法不仅可以实现废弃的SCR催化剂的再生,还可以提升催化剂的催化性能。     

不同TiO2载体的SCR脱硝催化剂性能研究

采用分步浸渍法制备了两种脱硝催化剂,它们分别以锐钛型纳米级TiO_2和工业级TiO_2为载体,负载V_2O_5和WO_3在固定床反应器中,研究相同条件下不同载体对催化剂脱硝性能的影响,并通过比表面积测定、X-射线衍射和扫描电镜等方法对催化剂微观结构进行研究。试验表明,以纳米级TiO_2为载体的催化剂具有较好的性能。     

工作条件对钛网基MEA性能的影响

为研究工作条件对钛网基MEA性能的影响,以钛网作为电极支撑体材料,以Nafion117作为质子交换膜,以PtRu/XC-72R作为阳极催化剂,以Pt/XC-72R作为阴极催化剂,采用滴涂的方法制备了钛网基MEA阳极和阴极。采用成型温度为135℃,成型压力为5 MPa,保压时间为180 s的条件热压制备钛网基MEA并在工作条件进行测试,研究结果表明:(1)无论是在室温25℃条件下还是在高温60℃条件下,阴极氧化剂采用0.1 MPa的100 mL/min氧气的功率密度峰值均高于采用自呼吸空气的功率密度峰值;(2)无论是在室温25℃条件下,还是在高温60℃条件下,无论阴极氧化剂为自呼吸空气,还是0.1 MPa的100 mL/min氧气,电解液中的甲醇浓度对钛网基MEA的影响呈现了一致性,即当甲醇浓度从0.5 mol/L变大到1.0 mol/L时,钛网基MEA的功率密度峰值是增大的,当甲醇浓度从1.0 mol/L经过1.5mol/L增大到2.0 mol/L时,钛网基MEA的功率密度峰值逐渐减小;(3)当工作温度从25℃逐渐增大到80℃,钛网基MEA的功率密度峰值从5.19 mW/cm2逐渐增大到17.10 mW/cm2。     

火力发电厂锅炉烟气脱硝催化剂性能评估

NOx是大气环境的主要污染物之一,其主要来源为火力发电机组。依靠低氮燃烧技术,远达不到排放要求。选择性催化还原脱硝(简称SCR)技术是目前效率最高、最成熟、应用最广泛的电厂烟气脱硝技术。催化剂是SCR技术的核心部分,决定了SCR系统的脱硝效率和经济性,催化剂建设成本占烟气脱硝工程成本的20%以上,运行成本的30%以上。钒钛系废弃脱硝催化剂,已归类为危险废物。延长催化剂使用年限,可大幅度降低运行费用。因此,做好催化剂管理、维护及性能评估十分重要。     

SCR脱硝催化剂实际运行性能分析

对催化剂的实际运行性能进行掌控,是保证SCR脱硝系统稳定运行的关键。以某电厂新鲜催化剂及运行不同时间的催化剂为研究对象,对催化剂理化特性、机械特性、微观结构进行测试,分析其对运行效果的影响,并对运行中催化剂的工艺特性和活性进行分析,以期通过运行中催化剂性能检测为脱硝催化剂的更换及加装提供依据。研究结果表明,某燃煤电厂催化剂运行2年后,逃逸氨指标已接近保证值的上限,存在一定的运行风险。为保证脱硝机组的安全高效稳定运行,应积极开展催化剂运行后的管理工作。     

烟气脱硝催化剂的性能检测与评价

脱硝催化剂性能的定期检测与评价是烟气脱硝系统运行管理中的一项重要的工作。以厦门某电厂SCR脱硝催化剂为研究对象,对其表观活性、微观性能和表面沉积物进行全面、系统的测试与表征,研究发现:运行了25 144 h后的催化剂活性(K/K0)为0.72;孔径小于3.5 nm孔道基本消失,比表面积下降的幅度为13.5%～17.7%;VOx物种存在一定程度的流失;催化剂的晶体粒子也有抱团现象;运行催化剂表面沉积的Ca2+、Na+、K+、P的质量浓度分别是新鲜催化剂的4.5～5.0、115～140、4.6～5.7和7.4～7.9倍,同时存在砷的累积。研究方法与实验结果可为我国今后全面开展脱硝催化剂性能检测与评价提供借鉴,对烟气脱硝系统的运行优化、再生工艺选择、延长催化剂的寿命、降低SCR系统的生产运行成本等方面均有较大意义。     

平板式脱硝催化剂抗磨损性能测试方法的研究

选择性催化还原（SCR）高灰型布置脱硝装置中,催化剂长期经受烟尘的冲刷,催化剂的抗磨损强度关系到催化剂的使用性能。现有行业标准中蜂窝式催化剂的磨损强度试验方法为石英砂法,平板式催化剂的磨损强度试验方法为研磨法。为进行比较,对不同催化剂生产厂家生产的平板式催化剂分别采用研磨法和石英砂法进行了催化剂的磨损强度试验。结果表明：结合2种试验方法来综合评判平板式催化剂的抗磨损特性更具实际指导意义;试验风速对平板式催化剂石英砂加速磨损试验结果的影响较大,实际操作中应适当选择。     

炭基负载V_2O_5脱硝催化剂低温脱硝性能

采用固定床反应器考察了在不同烟气条件下活性炭负载V2O5(V2O5/AC)脱硝催化剂的低温SCR脱硝性能。结果表明:活性炭负载V2O5后吸附NO的能力有所提升,吸附NH3的能力显著增强;所制备的V2O5/AC催化剂可在250℃、空速36 000L/(kg·h)的条件下表现出高达90%的脱硝效率,虽然继续升高温度能够进一步提高脱硝效率,但也会造成活性炭的烧蚀;当模拟烟气中加入H2O时会导致催化剂脱硝性能的下降。暂态响应实验结果表明O2的存在是SCR脱硝反应连续进行的必要条件。     

钒钛基SCR脱硝催化剂失活原因分析

针对某燃煤电厂钒钛基选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂失活现象,运用N2吸附-脱附、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线荧光(XRF)、热重分析(TGA)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、程序升温还原(H2-TPR)分别对新鲜催化剂和已运行30 000h的旧催化剂进行结构表征,并结合SCR脱硝模拟试验考察K、Na、Ca、As等元素对催化剂活性的影响,综合分析SCR脱硝催化剂的失活原因。分析结果表明,催化剂活性降低是多种因素共同作用的结果,其中活性组分流失、碱/碱土金属和砷中毒是导致催化剂活性降低的主要原因,毒性组分中又以As影响最大,Ca、Na次之,K含量的增加在一定程度上造成了催化剂的失活,但影响有限。     

温度对电沉积制备Pt-Ni阴极催化剂性能的影响

采用电化学还原法在碳布上电沉积Pt-Ni合金催化剂作为质子交换膜燃料电池阴极。通过循环伏安线性扫描法确定Pt-Ni合金的沉积电位,并在该电位下考察了不同电解液温度下所得催化剂的物理、化学性质及电催化性能。研究表明:在-0.35 V电位下可得到Pt-Ni合金,不同的电解液温度会影响Pt-Ni合金催化剂结构、形貌及组分比,进而影响其催化性能。当电解液温度为50℃时,Pt-Ni合金催化剂具有最佳的催化活性,此时催化剂为较小的球状颗粒,Pt与Ni的原子比接近3∶1,其电化学活性表面积为44.19 m2/g,是电解液温度为70℃下制备的催化剂的1.8倍。适当的温度下电沉积制得的Pt-Ni合金催化剂明显提高了铂对氧还原的催化活性。     

催化剂浆料分散对转印法制备PEMFC性能的影响

转印法是有效制备膜电极的方法之一,具有界面电阻小、可大规模生产等优点。采用乙二醇作为催化剂浆料的增稠剂、去离子水和异丙醇作为分散溶剂,实现膜电极的低温完全转印。利用超声波清洗机、磁力搅拌器和均质机,以不同的处理方式对浆料进行分散,考察了浆料的分散方式及分散程度对质子交换膜燃料电池性能的影响。通过场发射电子显微镜(FE-SEM)对催化层的表面形貌进行表征。结果表明:用均质机处理过的催化层颗粒分布更加均匀,利用极化曲线、循环伏安法(CV)和交流阻抗谱(EIS)表征不同浆料制备膜电极的电化学性能。极化曲线、CV曲线和EIS谱均表明用均质机处理4 h的浆料对应的单电池性能最佳、欧姆电阻及电荷迁移电阻最低且Pt的利用率最大。     

样品处理方式对脱硝催化剂孔隙特征分析的影响研究

就压汞法测试板式脱硝催化剂时,样品处理方式对结果的影响进行了实验研究。选取北京某电厂在运脱硝催化剂为研究对象,选取3种不同的方法对样品进行处理,用压汞法测试其比孔容、孔径分布等孔隙参数,比较了不同处理方式对结果重现性的影响,对其原因及适用性进行了分析。     

不同介孔结构的磷酸钛的制备及性能

采用溶胶凝胶模板法结合煅烧的方法,通过选用不同的模板剂合成得到具有不同介孔结构的磷酸钛材料,运用X-射线粉末晶体衍射技术(XRD)、低温N_2吸脱附技术和高分辨透射电子显微技术(HRTEM)对样品进行了表征,并分别对各材料的介孔结构及其电化学性能进行了研究.结果表明.材料介孔结构的长程有序性及其孔径大小都对材料的电化学性能有影响,例如在大电流密度下(如:150 mA/g),长程有序性较好的与长程有序性较差的磷酸钛介孔材料的首次放电比容量分别为93.9、67.9 mA/g,经过100次循环后,容量的保持率分别为54%、20%;大孔径与小孔径的磷酸钛介孔材料的首次放电比容量分别为96.1、67.9 mA/g,经过50次循环后,容量的保持率分别为66%、17%.     

不同型式失活脱硝催化剂的再生研究

针对蜂窝式、板式及波纹式3种不同型式的失活脱硝催化剂,采用不同再生工艺进行再生,并采用X-射线衍射仪（XRD）、X射线荧光光谱仪（XRF）、比表面积分析仪等对催化剂表征进行测试,对再生前后催化剂结构和性能进行了比较。研究结果表明：再生后催化剂中钛白粉的晶型没有改变,V2O5等活性成分仍然以高分散的形态分布在钛白粉载体表面上;催化剂的BET比表面积和孔容积都得到提高,微孔结构得到恢复;中毒元素K、Na和Fe均得到不同程度的去除;催化剂脱硝活性得到提高。     

以偏钛酸溶胶为载体的SCR脱硝催化剂的制备及性能研究

催化剂是NH3法选择性催化还原(SCR)脱硝技术的核心,催化剂的低温活性、选择性和稳定性直接影响到NOx的脱除效果。SCR脱硝催化剂的性能主要取决于催化剂活性组分和催化剂载体。以工业级硫酸氧钛为原料,采用均匀沉淀法和直接沉淀法制备了2种偏钛酸溶胶,并以偏钛酸溶胶为载体,采用同步浸渍法加载V2O5和WO3成分,分别制出脱硝催化剂样品。在固定床反应器中,测试催化剂的脱硝性能,并通过比表面积测定、扫描电镜等方法对催化剂微观结构进行研究。试验表明,以直接沉淀法制备的SCR脱硝催化剂活性较高,在实验条件下NO脱除率最高可达88.5%。     

Mn/Fe改性碳基催化剂低温脱硝特性

以椰壳活性炭为载体,以硝酸锰和硝酸铁为活性添加组分,采用硝酸氧化、等体积浸渍、中低温煅烧等相结合的方法,制备了Mn-Fe/HAC碳基催化剂。利用固定床脱硝实验台对碳基催化剂脱硝性能进行了评价,并结合傅里叶转换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)、N₂吸附-脱附、扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)-mapping和X-射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectrometry,XPS)等表征结果,探讨了碳基催化剂脱硝及其抗硫抗水机理。结果表明,Mn改性可以显著提升碳基催化剂的脱硝效率,Mn和Fe共同改性在有效提高碳基催化剂脱硝效率的基础上,使得其脱硝窗口温度下移至120℃。Mn-Fe改性催化剂的最佳负载量为7%Mn和0.5%Fe,最佳煅烧为中温400℃氮气煅烧与低温200℃空气煅烧组合煅烧法。Fe添加有效促进了Mn在碳基催化剂表面的均匀分布,并显著提高了Mn⁴⁺和表面吸附氧(O_α)的含量。在6%O₂