新型Mn基低溫選擇催化還原脫硝催化劑的研制.pdf

1、低溫（60～180℃）SCR催化劑能適應將SCR裝置直接配置于電除塵之后，避免商用V2O5-（WO3）/TiO2催化劑由于高溫操作（>350℃）所必需的煙氣預熱能耗，降低脫硝成本；又能大大減輕煙塵的毒化作用，延長催化劑壽命；而且該技術可與我國現(xiàn)有的省煤器、空氣預熱器和鍋爐組裝為一體的鍋爐系統(tǒng)匹配。因此研發(fā)高活性高抗毒性的低溫SCR催化劑在我國具有重要的經濟和實際意義，從國內外已有的研究成果看，Mn基催化劑的低溫SCR活性較高，具有開發(fā)潛

2、力。另一方面，傳統(tǒng)SCR脫硝技術中過量還原劑NH3泄露所帶來的二次污染問題也備受SCR催化劑研究者的關注。 本研究著力于：（1）對本課題組前期工作已研制的低溫活性良好的Mn-Ce/TiO2催化劑進行一系列的改性研究，使其滿足工業(yè)化應用需要；（2）研究和開發(fā)出在具有良好低溫SCR活性的、同時能離子交換上還原劑NH4+的新型Mn基銨分子篩催化劑，以解決NH3的泄漏所造成的二次污染。 對Mn-Ce/TiO2的改性研究主要進行了

3、成型和添加助劑兩方面的工作。在成型試驗中，用體積百分比為25％的磷酸溶液成型TiO2載體，然后再浸漬活性組分，制得的Mn-Ce/TiO2催化劑在180℃時脫硝效率達90％，而且成型后的催化劑機械強度良好，滿足工業(yè)應用的需要。 添加助劑旨在進一步提高Mn-Ce/TiO2的低溫活性及低溫抗中毒能力。研究發(fā)現(xiàn)，加入Fe、V或Cu氧化物助劑均可增大Mn-Ce/TiO2的低溫活性，120℃下 Mn-M-Ce/TiO2的催化Nox轉化效率就

4、幾近100％；助劑V可使其抗硫中毒性能進一步提高，但Fe或Cu的存在反而降低Mn-Ce/TiO2催化劑的抗硫性；助劑Fe可明顯提高Mn-Ce/TiO2的抗水中毒能力。經助劑Fe或Cu改性后的Mn-Ce/TiO2的同時抗水、抗硫中毒性能非常良好。當反應氣中含300×10-6 SO2和10％水汽，反應溫度為180℃時，兩種改性催化劑對Nox的催化轉化效率都可高達90％，該成果已達到國際領先水平。 運用傅立葉紅外光譜（IR）、X射線衍

5、射（XRD）和階躍應答（ST-R）等技術，深入研究了低溫下SO2對Mn-Cu-Ce/TiO2活性的影響機理，并首次提出了消除SO2對SCR催化劑影響的可行性措施。研究發(fā)現(xiàn)SO2可強吸附在CuO上，并在氧氣氛圍下催化生成CuSO4，這是導致SO2存在時Mn-Cu-Ce/TiO2低溫活性下降的主要原因。實驗證明Mn-Cu-Ce/TiO2催化劑上的SCR反應主要遵循Langmair-Hinshelwood 機理，低溫下SO2存在時可與NO發(fā)生

6、競爭吸附，阻抑SCR反應的進行。硫酸化和SO2階躍應答的實驗結果表明，催化劑的預硫酸化和NO預飽和吸附處理能阻止SO2在催化劑上吸附行為的發(fā)生，可消除SO2對Mn-Cu-Ce/TiO2催化劑的毒害。 同時，在國內首次進行了將還原劑NH3與催化劑結合為一體的Mn基銨型分子篩低溫SCR催化劑的研究。研制出的MnO2/Y母體分子篩催化劑有良好的低溫選擇性催化還原Nox的活性，60℃的低溫下即可使Nox達到約60％轉化效率，120℃可有

7、100％；且該催化劑具有很強的抗水蒸氣中毒能力，在10％水汽存在條件下，150 ℃時其上的Nox轉化率達到90％。但該催化劑抗硫能力一般，同時抗水、硫能力差，因此最適合應用在硝酸尾氣等不含SO2的濕煙氣脫硝。MnO2/Y催化劑上發(fā)生的NH3選擇性催化還原Nox的反應機理類似于重氮化反應機理。以MnO2/Y為母體，通過陽離子交換制得的新型MnO2/NH4Y催化劑可使NH3/Nox比從以往的1.2降至1.0，降低NH3耗量，避免了由于NH3