锰钛系低温选择性催化还原催化剂的抗SO2和抗H2O性能研究进展

低温选择性催化还原（SCR）脱硝技术具有运行成本低、能耗低和布置方便的优点,催化剂的反应温度低,适合中小型工业锅炉的脱硝技术需求,因此受到越来越多的关注。锰钛系催化剂以其较高的低温脱硝效率成为当前低温SCR催化剂研究领域的热点,然而催化剂易受到SO₂和H₂O的影响,限制了它的工业应用。本文介绍了在含SO₂和H₂O的条件下锰钛系低温SCR催化剂的中毒症状,总结了催化剂的SO₂和H₂O中毒机制,重点阐述了在抗硫方面掺杂过渡金属元素以及载体改性的研究进展,详细介绍了掺杂Ce、Co、Fe和Ho等元素以及催化剂酸改性和复合载体对催化剂抗硫性的影响,同时简要总结了近年来其他方法提高锰钛系低温SCR催化剂抗硫抗水性能的状况,最后归纳了目前此类催化剂抗硫抗水措施的局限并指出今后的重点是进一步提高其抗中毒能力。     

改性钒铈基催化剂催化氧化烟气中邻二甲苯

燃煤过程中产生微量VOCs随烟气排放将导致大气污染。本文以Mn、Fe、Co、Cu对钒铈钛（Ce-V₂O₅/TiO₂）催化剂进行改性,并研究催化剂对烟气中典型VOCs中的邻二甲苯氧化脱除行为。研究结果表明,Mn、Fe改性分别在低温段和中高温段有效提高Ce-V₂O₅/TiO₂催化剂对烟气中邻二甲苯的催化氧化效率。烟气中的水蒸气、SO₂、NH₃、NO对催化氧化有不同的抑制程度,其中NH₃对催化效率抑制作用最强。不同改性催化剂对烟气组分反应不同,Fe改性Ce-V₂O₅/TiO₂催化剂抗烟气复杂组分中抗毒性最强。表征结果表明,Fe改性的Ce-V₂O₅/TiO₂催化剂表面积高、氧化还原性强,具有高催化活性与较强抗中毒性,可能成为一种针对燃煤烟气中有机污染物高效脱除的有潜力的催化剂材料。     

低SO2氧化率的脱硝催化剂的研究进展

基于钒钛催化剂是目前选择性催化还原(Selective catalytic reduction,SCR)脱硝技术中应用最为广泛的商业催化剂材料,该催化剂在脱硝的同时也会将部分 SO₂氧化成 SO₃,进而导致硫酸氢氨生成和沉积,最终对锅炉运行造成不利影响。对氧化机理进行了探讨,并针对机理,基于前人的研究,通过优化催化剂结构和组分来降低 SO₂的氧化率,进一步提高 SCR 催化剂的综合性能。开发一种低 SO₂氧化率的 SCR 催化剂具有巨大的发展潜力。     

CeO2改性再生SCR催化剂的单质汞氧化特性

对国内某1000MW燃煤发电机组失活选择性催化还原（SCR）催化剂进行CeO₂改性再生。对再生前后样品进行N₂吸附-脱附、扫描电子显微镜（SEM）、X射线荧光光谱（XRF）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）对比表征分析。在自制固定床反应系统上对CeO₂改性再生催化剂（CeReCat）进行Hg⁰氧化性能测试,同时研究了SO₂、H₂O、NO和NH₃对Hg⁰氧化性能的影响。结果表明,CeO₂改性再生方法可有效清洗失活SCR催化剂表面杂质,恢复催化剂表面活性位点和孔隙结构,可使Ce、V两种活性元素得到有效负载。CeO₂改性后的样品Hg⁰氧化性能显著提升,3.0 CeReCat具有最佳Hg⁰的氧化效率。此外,烟气中加入600μL/L SO₂后,3.0 CeReCat仍具有高达74.4%的Hg⁰氧化效率,抗SO₂性能较好。烟气中的NO可轻微促进Hg⁰的氧化。由于竞争吸附作用,烟气中的H₂O和NH₃会抑制Hg⁰的氧化。CeO₂改性再生催化剂置于SCR系统下层时,由于烟气NH₃浓度较低而具有较高Hg⁰氧化效率,具有良好的应用前景。     

Mn-Ce系列低温SCR催化剂抗硫性研究进展

低温选择性催化还原(SCR)工艺具有节约能耗和运行成本的优点, 但是其催化剂存在SO₂中毒的问题, 使其难以用于工业化, 因此对低温SCR催化剂抗硫性的研究就尤为重要, 其中Mn-Ce系列催化剂是研究较多、抗硫效果较好的催化剂。本文介绍了SO₂对Mn-Ce系列催化剂的毒化机制及Ce提高催化剂抗硫性的原因, 并且从载体选择、制备方法、金属元素改性和量子化学在抗硫性领域中的应用等方面综述了近年来关于Mn-Ce系列催化剂抗硫性的研究进展, 其中量子化学在SCR领域中的迅速发展对催化剂抗硫性的研究有重要帮助, 可能成为未来脱硝领域的研究发展方向, 为今后进一步提高催化剂的性能提供借鉴。     

常规失活SCR催化剂制备的低温脱硝催化剂在玻璃窑炉上的应用研究

选择性催化还原技术(SCR)是国内外运用最多也是最为成熟的脱除氮氧化物的技术,而SCR脱硝催化剂是其核心所在。由于烟气中有K、Na、SO₂等物质,使用中烟气通过催化剂,随着时间累积,以上物质会导致催化剂中毒、失活。失活后的催化剂需进行如填埋、处置等,污染环境、浪费资源。以常规失活的SCR催化剂为载体,植入低温脱硝活性物质V₂O₅及掺杂Mn、Co、Ce、Fe和Cu制备了低温脱硝催化剂,并检测了植入前后低温催化剂的化学成分,评价了催化剂脱硝性能及抗水、抗碱、抗砷能力。结果表明:制备的低温脱硝催化剂脱硝效率高,抗水抗碱抗砷能力强。在某日用玻璃窑炉上应用后,脱硝效率超过89.3%,达到了设计要求。     

Ge改性TiO2对V-Mo-O/TiO2催化剂低温脱硝活性的影响

采用共沉淀法制备Ge改性TiO₂载体，考察了V-Mo-O/xGe-TiO₂催化剂低温氨选择性催化还原(NH₃-SCR)活性和抗硫稳定性。与传统V-Mo-O/TiO₂催化剂相比，Ge的加入可以显著提高催化剂在低温窗口下的脱硝活性，同时使催化剂具有较高的N₂选择性以及稳定的抗硫性。当Ge/Ti原子摩尔比为0.004时，催化剂在180℃时脱硝活性可达92%。N₂吸附-脱附、XRD分析结果表明，Ge的加入增加了催化剂的比表面积和介孔孔容，并稳定了TiO₂的锐钛矿晶型。NH₃-TPD、H₂-TPR以及XPS分析结果表明，Ge改性促进了V、Mo之间的相互作用，增加了V⁴⁺的含量，同时催化剂表面的Br?nsted酸含量进一步增加，并产生额外的Lewis酸，增强表面对氨的吸附活化作用，从而使催化剂表现出低温高活性和高稳定性。     

挥发性有机化合物催化消除前沿技术及研究进展

挥发性有机化合物(VOCs)是可吸入有害物质形成的重要前体,是大气污染物的重要组成部分。催化氧化法作为末端技术是目前处理VOCs最有效的途径之一。本文讨论了VOCs的热催化氧化、光催化氧化和光热协同催化氧化的研究进展,重点研究常用VOCs的催化氧化机理以及相关催化剂的构筑。其中,热催化燃烧主要以贵金属(Pt、Pd、Au、Ag等)、过渡金属(Mn、Co、Cr等氧化物)及复合型催化剂研究展开;光催化氧化以TiO₂和C₃N₄为典型催化剂进行讨论;光热协同催化研究主要包括碳基催化剂、贵金属负载型以及过渡金属负载型催化剂的开发与应用。此外,本文对基于催化剂的热催化、光催化和光热催化去除VOCs的开发和研究提出了进一步的展望。     

炭基材料负载型低温NH3-SCR脱硝催化剂的研究进展

氮氧化物（NO _x ）是主要的大气污染物之一，对人体健康和生态环境造成了严重危害。低温选择性催化还原（SCR）技术是近年来烟气脱硝领域的主要研究方向。炭基材料具有较大的比表面积、发达的孔隙结构等特点，在SCR脱硝方面被广泛用作催化剂载体。本文综述了炭基材料包括活性炭（焦）、活性炭纤维、碳纳米管、石墨烯及碳包覆负载型催化剂在低温NH₃-SCR脱硝领域的研究成果与进展，阐述了表面官能团、反应条件及稀土元素等因素对炭基材料负载型催化剂脱硝性能的影响，并且讨论了炭基材料负载型催化剂的催化反应机理。指出采用多种手段改性催化剂，优化其中低温脱硝性能与稳定性，深入探究催化剂表面反应物种的吸附-活化行为和催化反应路径是炭基材料负载型低温NH₃-SCR催化剂研究的重点。     

SCR催化剂低温协同脱除二噁英和NO_x研究进展

分别阐述SCR催化剂降解二噁英机理和NH3-SCR脱硝机理;重点关注常规SCR催化剂(V2O5-WO3/Ti O2)协同脱除二噁英和NO_x的研究进展。得出常规SCR催化剂脱硝活性温度区为300～400℃,催化降解二噁英的活性温度区为200～300℃,因此难以在低温区(<200℃)实现两者协同脱除。为了避免烟气再热所需额外能耗,提高二噁英和NO_x低温协同脱除效率,指出提高催化剂低温活性是解决上述问题的有效途径之一,并从催化剂成分改性和多途径耦合两方面提出了几种提升催化剂低温(<200℃)活性的方法,详细阐述了载体选择和改性、元素掺杂、臭氧添加、紫外光照射、等离子体辅助等方法对催化剂低温活性的提升作用。     

SCR催化剂低温协同脱除二噁英和NO_x研究进展

分别阐述SCR催化剂降解二噁英机理和NH3-SCR脱硝机理;重点关注常规SCR催化剂(V2O5-WO3/Ti O2)协同脱除二噁英和NO_x的研究进展。得出常规SCR催化剂脱硝活性温度区为300～400℃,催化降解二噁英的活性温度区为200～300℃,因此难以在低温区(<200℃)实现两者协同脱除。为了避免烟气再热所需额外能耗,提高二噁英和NO_x低温协同脱除效率,指出提高催化剂低温活性是解决上述问题的有效途径之一,并从催化剂成分改性和多途径耦合两方面提出了几种提升催化剂低温(<200℃)活性的方法,详细阐述了载体选择和改性、元素掺杂、臭氧添加、紫外光照射、等离子体辅助等方法对催化剂低温活性的提升作用。     

整体式Mn基低温脱硝催化剂研究

采样硝酸锰和乙酸锰两种Mn的前体制备以堇青石为基体的整体式脱硝催化剂,并进行了氨选择性催化还原NO反应(NH₃-SCR)和BET、XRD、XPS等表征。以硝酸锰为前体的催化剂具有更好的低温脱硝活性,在反应温度150～250℃的范围内,MnN/TiO₂/CC催化剂的脱硝率接近100%;而当反应温度超过250℃后,MnA/TiO₂/CC催化剂比MnN/TiO₂/CC催化剂具有更高的脱硝活性。表面Mn活性位和弱酸位多是MnN/TiO₂/CC催化剂低温SCR活性好的主要原因。     

负载型Mn基低温NH3-SCR脱硝催化剂研究综述

MnO_x以其良好的低温催化活性成为当前低温NH₃-SCR脱硝催化剂研究的热点,负载型Mn基低温脱硝催化剂较好地解决了非负载型低温N₂选择性差、易中毒等难题,具有良好的工业应用前景.本文综述了负载型Mn基低温脱硝催化剂的研究现状,从活性组分、载体、制备方法、机理和动力学以及抗H₂O、SO₂性能5个方面介绍了负载型Mn基低温脱硝催化剂的研究现状,着重阐述了金属氧化物、分子筛、炭基等人工和天然载体负载MnO_x在制备方法和脱硝活性方面的最新研究成果,简述了Mn基低温脱硝催化剂的催化机理以及动力学研究进展,分析了Mn基低温脱硝催化剂的H₂O和SO₂中毒机理.指出提高负载型Mn基低温脱硝催化剂的抗中毒性能和再生是今后研究的重点.     

燃煤烟气条件下锰铈基催化剂对邻二甲苯催化氧化

燃煤烟气中有机污染物的排放逐渐引起重视。锰铈（MnCe）基催化剂被认为是一种低温高效、低成本的可应用于燃煤烟气污染物脱除的催化剂。本文通过浸渍法制备了MnCe基催化剂,通过物理化学表征和烟气模拟台架实验,研究了MnCe基催化剂配比、反应工况、烟气复杂组分（H₂O、SO₂、NH₃、NO）以及典型污染物脱除过程（Hg⁰和NO催化转化）对催化脱除烟气中邻二甲苯行为的影响和规律。实验结果表明,Mn和Ce摩尔比为6∶4时催化剂脱除邻二甲苯效率良好。反应空速和MnCe负载量在低温下对催化脱除效率影响显著。烟气中H₂O、SO₂、NH₃、NO等组分对催化产生抑制作用,但抑制程度与作用机理具有显著差异。MnCe基催化剂对烟气SCR脱硝与Hg⁰催化氧化皆具有较高效率,且受烟气中邻二甲苯影响较小;但受SCR气氛与Hg⁰抑制,邻二甲苯催化脱除反应效率明显降低。     

V2O5-MoO3/TiO2 催化剂的NOx选择性催化还原及SO2氧化活性

采用浸渍法以TiO₂为载体制备V₂O₅-MoO₃/TiO₂ 选择性催化还原催化剂,研究V₂O₅和MoO₃负载量对于催化剂选择性催化还原反应及SO₂氧化活性的影响,并考察氧含量、氨氮物质的量比和反应空速对3%V₂O₅-6%MoO₃/TiO₂催化剂选择性催化还原脱硝活性的影响。结果表明,随着催化剂中V₂O₅负载质量分数增加,V₂O₅-MoO₃/TiO₂ 催化剂的选择性催化还原活性和SO₂氧化活性均呈上升趋势。MoO₃的负载对催化剂的SO₂氧化活性有明显抑制作用。MoO₃负载质量分数超过9%,制备的催化剂既保持较高的低温选择性催化还原活性,又使选择性催化还原反应中的SO₂转化率小于1%。     

Mn-Cu-Ce-Fe/REY系列催化剂上NH3选择性催化还原NO性能

采用正交实验设计和浸渍法制备Mn-Cu-Fe-Ce/REY催化剂。采用固定床微型反应器评价SO₂存在下催化剂在NH₃选择性催化还原NO反应中的活性,考察Mn、Cu、Fe和Ce各活性组分对催化剂活性的影响,并采用XRD、H₂-TPR和SEM等手段对催化剂进行表征。结果表明,Mn、Cu、Fe和Ce各活性组分对催化剂活性影响顺序为：Cu＞Fe＞Ce＞Mn,催化剂的氧化还原性能影响催化剂活性。     

aMn-bCu/Y催化剂协同臭氧催化氧化降解甲苯

采用浸渍法合成了一系列不同Mn、Cu负载量的aMn-bCu/Y催化剂,在常温下研究了其协同臭氧催化氧化降解甲苯的性能。BET、XRD、NH₃-TPD、H₂-TPR、XPS结果表明,Mn、Cu负载量对催化剂的比表面积、结晶相、表面酸性、还原性质和表面金属化学价态有着显著影响,其中18Mn-6Cu/Y催化剂(即Mn、Cu质量分数为18%,6%),甲苯降解性能最优,归因于其高度分散的MnO_x物种、适宜的酸性、氧化还原能力强、晶格氧流动性好及丰富的Mn⁴⁺粒子。常温下,协同臭氧催化氧化甲苯反应6 h, 18Mn-6Cu/Y催化剂的甲苯转化率可达98%,CO₂选择性为82.1%,而其它负载量催化剂则呈现不同程度的降低。     

CeO2含量对柴油机商用稀土SCR催化剂脱硝性能的影响

考察了不同CeO₂含量对柴油机商用稀土选择性催化还原（SCR）催化剂NH₃-SCR性能的影响。通过X射线衍射、N₂吸附-脱附、X射线光电子能谱、H₂-程序升温还原和NH₃-程序升温脱附等表征手段对催化剂的结构及性能进行了研究。研究发现,CeO₂含量对催化剂的晶体结构没有影响,添加后促进了稀土催化剂表面SiO₂的分散,从而对催化剂的脱硝性能及水热老化性能产生影响;CeO₂含量影响催化剂的织构性质,较大的孔体积和适当的比表面有利于催化剂水热老化后催化剂的脱硝性能的提高;随着CeO₂含量从14%增加到20%,其表面Ce含量呈先降低后升高的趋势,其中Ce⁴⁺含量与催化剂的水热老化后催化剂的脱硝性能成正相关;CeO₂含量的增加会阻碍稀土催化剂中其他组分的还原或增加其热稳定性,从而影响催化剂的还原能力和酸性位数量;通过脱硝性能测试,稀土催化剂中CeO₂的最佳含量为16%。     

Fe2O3对V2O5-WO3/TiO2催化剂表面性质及其性能的影响

催化剂是选择性催化还原(SCR)脱硝技术的核心,研究Fe对钒钛系SCR催化剂脱硝活性及SO₂/SO₃转化率的影响具有重要意义。采用等体积浸渍法制备了不同Fe/V质量比的Fe₂O₃-V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂,并进行表征,研究Fe对钒钛系SCR催化剂脱硝活性及SO₂/SO₃转化率的影响,并讨论Fe对于钒钛系SCR催化剂表面性质的影响。结果表明,随着催化剂表面Fe₂O₃含量增加,催化剂的脱硝效率及二氧化硫氧化率均是先上升后下降,当Fe/V质量比为3.0时,催化剂的脱硝效率和二氧化硫氧化率均达到最大值91.78%、1.01%。XPS及H₂-TPR结果表明,随着Fe₂O₃含量增加,催化剂表面钒活性组分的相对含量及V⁴⁺/V⁵⁺比减小,催化剂表面吸附氧(O_α)浓度增加,催化剂的氧化能力增强。NO-TPD结果表明,随着Fe₂O₃含量增加,催化剂表面吸附NO的能力增强。     

FeMnTiOx催化剂协同脱硝脱汞性能研究

通过共沉淀法制备了FeMnTiO_x催化剂,通过调变焙烧温度和Fe/Mn摩尔比调控催化剂的表面酸性和氧化还原能力,从而优化协同脱硝脱汞性能。利用X射线衍射、电子显微镜、N₂吸附/解吸、氢气程序升温还原、氨气程序升温脱附和X射线光电子能谱等手段分析催化剂的结构和催化反应机理。结果表明,焙烧温度为400℃、Fe/Mn摩尔比为0.5时,Fe_0.5MnTiO_x-400催化剂在150～330℃范围内的NO转化率大于90%;在200℃下的Hg⁰转化率高于90%,脱硝效率达到100%,表现出良好的协同脱硝脱汞性能。