凹凸棒石在烟气SCR脱硝催化反应中的应用研究进展

选择性催化还原脱硝技术作为当前去除NOx的主要手段,该手段的最主要部分为催化剂。在诸多催化剂载体中,凹凸棒石以其独特的天然一维结构、丰富的表面官能团、热稳定性及成型性好等优势脱颖而出。我们综述了近年来以凹凸棒石为载体在SCR脱硝催化剂制备中的应用,并且论述了影响催化剂SCR脱硝性能的主要因素,同时分析了使此类催化剂失活的原因以及失活催化剂的再生方法,并揭示了此类催化剂可能遵循的SCR反应机理,最后对催化剂未来的研究方向进行了展望.     

改性钒钛基SCR催化剂的研究进展

钒钛基选择性催化还原催化剂是目前燃煤电厂应用最为广泛的脱硝催化剂. 由于传统钒钛基催化剂存在低温脱硝效率低?热稳定性差?单质汞氧化效率低?二氧化硫氧化?氨逃逸?碱金属中毒等问题, 人们开始尝试通过对传统 SCR 催化剂进行改性, 以期改善其综合性能. 本文从 (1) 拓宽催化剂的反应温度窗口, 尤其是向低温区扩展, (2) 提高催化剂的热稳定性, (3) 协同氧化单质汞, (4) 控制氨逃逸, (5) 降低 SO2至 SO3的转化率和 (6) 提高催化剂抗碱金属中毒性能等方面综述了改性钒钛基 SCR 催化剂的研究进展, 总结了其催化性能和相关影响机理.研究表明, 某些金属及非金属的改性可以增加钒钛基 SCR 催化剂的表面酸度?活性位点及氧化还原性能, 非金属的掺杂还可以抑制 TiO2载体由锐钛矿向金红石型转化?增加表面氧空位, 从而改善了钒钛基催化剂的低温脱硝性能; 硅?钨?钡和稀土金属等的添加也可抑制 TiO2的金红石化过程, 锆?钾则改变了钒氧化物的存在形态, 抑制其高温聚合, 提高了钒钛基催化剂的热稳定性; 贵金属?过渡金属?金属氯化物及非金属的改性改变了钒钛基催化剂的汞氧化机制, 均可有效促进低氯甚至无氯条件下钒钛基催化剂对单质汞的氧化; 贵金属钌及助剂钼添加的钒钛基催化剂可在维持较高脱硝效率的同时, 实现单质汞及逃逸氨的高效去除, 在 SCR 尾部将逃逸氨选择性氧化生成无害的氮气和水; 被铜?氧化钡?氧化硅等物质改性后, 更多的钒以低价态存在, 使催化剂的氧化还原性能降低, 并抑制了二氧化硫的吸附, 从而减少了三氧化硫的生成;由于具有高储氧能力和氧化还原特性, 还可降低碱金属的吸附量, 铈的掺杂可提高钒钛基催化剂的抗碱金属中毒性能. 此外, 本文还汇总了包括贵金属 (如银?钌)?过渡金属 (如锰?铁?铜?锆等)?稀土金属 (铈?镨) 等金属?金属氯化物 (如氯化铜?氯化钙) 及非金属 (氟?硫?硅等) 改性钒钛基 SCR 催化剂的优缺点. 基于前人研究及作者观点, 改性组分的掺杂有利于进一步提高钒钛基催化剂的综合性能, 具有巨大的发展潜力, 也是在现有基础上实现多污染物控制的方法之一.     

碱金属沉积对Mn-Ce/TiO_2低温SCR催化剂性能影响

采用溶胶凝胶法制备了Mn-Ce/TiO_2低温SCR催化剂,考察了碱金属浓度与种类对催化剂活性的影响,探究了不同反应条件下钠盐沉积对活性保留分率的影响,利用SEM、BET、XRD和FT-IR对催化剂碱金属中毒原因进行了分析。结果表明,碱金属毒化后催化剂脱硝活性下降,钾中毒催化剂失活程度高于钠中毒的催化剂,2%钾中毒催化剂在160℃时NO去除率为62.0%,较新鲜催化剂下降29.2%。这主要因为碱金属毒化造成催化剂比表面积明显减小,且催化剂载体锐钛矿型TiO_2部分转化为金红石型,BET和SEM表征均说明碱金属沉积堵塞了催化剂表面的微孔。碱金属对Mn-Ce/TiO_2催化剂活性保留分率的影响表明,催化剂的颗粒粒径对其活性保留分率影响不大,碱金属含量减小、温度升高,Mn-Ce/TiO_2催化剂的活性保留分率增加,Na_2SO_4和NaCl对Mn-Ce/TiO_2催化剂的脱硝活性抑制作用大于KNO_3。     

改性钒钛基SCR催化剂的研究进展（英文）

钒钛基选择性催化还原催化剂是目前燃煤电厂应用最为广泛的脱硝催化剂.由于传统钒钛基催化剂存在低温脱硝效率低、热稳定性差、单质汞氧化效率低、二氧化硫氧化、氨逃逸、碱金属中毒等问题,人们开始尝试通过对传统SCR催化剂进行改性,以期改善其综合性能.本文从(1)拓宽催化剂的反应温度窗口,尤其是向低温区扩展,(2)提高催化剂的热稳定性,(3)协同氧化单质汞,(4)控制氨逃逸,(5)降低SO_2至SO_3的转化率和(6)提高催化剂抗碱金属中毒性能等方面综述了改性钒钛基SCR催化剂的研究进展,总结了其催化性能和相关影响机理.研究表明,某些金属及非金属的改性可以增加钒钛基SCR催化剂的表面酸度、活性位点及氧化还原性能,非金属的掺杂还可以抑制TiO_2载体由锐钛矿向金红石型转化、增加表面氧空位,从而改善了钒钛基催化剂的低温脱硝性能;硅、钨、钡和稀土金属等的添加也可抑制TiO_2的金红石化过程,锆、钾则改变了钒氧化物的存在形态,抑制其高温聚合,提高了钒钛基催化剂的热稳定性;贵金属、过渡金属、金属氯化物及非金属的改性改变了钒钛基催化剂的汞氧化机制,均可有效促进低氯甚至无氯条件下钒钛基催化剂对单质汞的氧化;贵金属钌及助剂钼添加的钒钛基催化剂可在维持较高脱硝效率的同时,实现单质汞及逃逸氨的高效去除,在SCR尾部将逃逸氨选择性氧化生成无害的氮气和水;被铜、氧化钡、氧化硅等物质改性后,更多的钒以低价态存在,使催化剂的氧化还原性能降低,并抑制了二氧化硫的吸附,从而减少了三氧化硫的生成;由于具有高储氧能力和氧化还原特性,还可降低碱金属的吸附量,铈的掺杂可提高钒钛基催化剂的抗碱金属中毒性能.此外,本文还汇总了包括贵金属(如银、钌)、过渡金属(如锰、铁、铜、锆等)、稀土金属(铈、镨)等金属、金属氯化物(如氯化铜、氯化钙)及非金属(氟、硫、硅等)改性钒钛基SCR催化剂的优缺点.基于前人研究及作者观点,改性组分的掺杂有利于进一步提高钒钛基催化剂的综合性能,具有巨大的发展潜力,也是在现有基础上实现多污染物控制的方法之一.     

钙中毒商用SCR脱硝催化剂的再生特性研究

本研究分别选用络合剂氨基三甲叉膦酸(ATMP)、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)对钙中毒商用SCR脱硝催化剂(V₂O₅-WO₃/TiO₂)开展了再生方法研究，借助BET、NH₃-TPD、H₂-TPR和XPS等分析测试方法和实验探究考察了再生前后催化剂的理化特性及再生脱硝性能。结果表明，ATMP与PBTCA具有高效的再生性能，再生催化剂的脱硝效率在400℃下分别从25.8%恢复至89.8%与88.1%。与稀H₂SO₄再生相比，ATMP与PBTCA对催化剂的再生具有更高的除钙率与更低的钒损失率(不足5%)。使用ATMP与PBTCA对催化剂再生可有效恢复催化剂表面的Br?nsted酸性位；催化剂表面的活性钒物种V⁵⁺和表面化学吸附氧O_α明显增加，催化剂整体活性达到最优水平。因此，将络合剂ATMP与PBTCA用于失活SCR脱硝催化剂的再生具有广阔的应用前景。     

NH3选择性催化还原NOx的铜基小孔分子筛耐硫性能及再生研究

铜基小孔分子筛催化剂因其具有优异的氨气选择性催化还原氮氧化物(NH₃-SCR)活性、水热稳定性、氮气选择性和较宽的温度窗口等特点，成为当前国六标准柴油车的首选催化剂。但是，柴油车尾气中的硫氧化物对铜基小孔分子筛催化剂的催化活性影响很大，甚至导致催化剂发生不可逆失活。本文以铜基小孔分子筛催化剂的硫中毒机理为主线，简要介绍了铜基小孔分子筛催化剂的结构及活性位点研究现状，进一步对催化剂耐硫性能的改进及硫中毒催化剂再生机理的研究进展进行综述。基于铜基小孔分子筛催化剂硫中毒机理研究开展耐硫性能改进及再生工艺研究，以及多种中毒因子的协同影响及失活机制研究是未来铜基小孔分子筛实际应用于柴油车尾气氮氧化物超低排放的重要研究方向。     

Ho改性Fe-Mn/TiO_2低温SCR脱硝催化剂硫中毒及热还原再生研究

以Ho改性Fe-Mn/TiO_2低温SCR脱硝催化剂为研究对象,通过活性评价和一系列表征技术对其低温抗硫性能和催化剂的热还原再生进行研究。结果表明,硫酸铵((NH_4)_2SO_4)在催化剂表面的沉积以及活性组分硫酸化(MnSO_4)是催化剂硫中毒的主要原因。当烟气中的SO_2体积分数低于0.04%时,Fe_(0.3)Ho_(0.1)Mn_(0.4)/TiO_2催化剂呈现出良好的抗硫性。在此条件下,当切断SO_2的供应时催化剂的脱硝活性可获得显著恢复。当通入的SO_2体积分数增加至0.1%时,催化剂会发生不可逆失活。在体积分数5%NH_3气氛下,失活催化剂经过350℃的热还原再生处理60 min后,其微观结构和理化性质能够得到明显恢复,且NO_x转化率可以回升至80%左右。     

电厂烟气脱硝催化剂V2O5-WO3/TiO2失活机理研究

分别以某电厂失活和新鲜的烟气选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂为研究对象,模拟测试催化剂的脱硝效率,并采用扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱(SEM-EDX)、X荧光光谱(XRF)、X光电子能谱(XPS)、氮气吸脱附、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和热重分析(TG)等手段对催化剂的微观结构和表面形态进行表征,探讨了SCR催化剂的失活机制。结果表明,380℃下失活催化剂的脱硝效率(35.0%)和比表面积(1.05 m²/g)明显低于新鲜催化剂(88.2%,72.50 m²/g)。与新鲜催化剂相比,失活催化剂中V⁵⁺的比例由17.4%升高到32.2%,并且表面出现了大量的Al₂(SO₄)₃。另外,SEM和XRD结果表明,失活催化剂出现了烧结。催化剂表面V价态的改变、高温烧结和表面Al₂(SO₄)₃相的大量生成是催化剂失活的主要原因。     

担载金属催化剂硫中毒机理及其再生方法研究 Ⅰ.Pd(Pt)/Al_20_3催化齐H_2—O_2反应下硫中毒机理的研究

使用催化色谱、TPR、XPS、AES、XRD、IR,研究了Pd(Pt)/Al_2O_3催化剂在H_2-O_2反应下的硫中毒机理.结果表明,催化剂硫中毒失活的机理随O_2/H_2比不同而不同.在“弱氧化气氛”下,中毒为不可逆,中毒失活主要是由于金属组分体相及表相,特别是表相被严重硫化.“强氧化气氛”下,一定范围内中毒具有某种程度的可逆性.当反应过程中生成的SO_4~(-2)在催化剂中大量聚积时,除金属组分被硫化外,SO_4~(-2)对活性表面的覆盖和屏蔽是催化剂失活的重要原因.     

低温选择性催化还原脱硝Mn-Ce/TiO_2催化剂的Pb中毒与再生研究

考察了Pb对Mn-Ce/TiO_2低温选择性催化还原(SCR)脱硝活性的影响,并对Pb中毒的催化剂进行了再生;结合氮吸附、SEM、XRD、FT-IR、H_2-TPR和NH_3-TPD等表征结果,研究了Mn-Ce/TiO_2催化剂Pb中毒和再生活性恢复的原因。结果表明,Pb对Mn-Ce/TiO_2催化剂脱硝活性有明显的抑制作用;当Pb的含量为11%时,Mn-Ce/TiO_2催化剂在180℃下的脱硝效率从原来100%下降至44%。Pb在Mn-Ce/TiO_2中的掺杂使得催化剂的比表面积以及活性组分Mn~(4+)和Ce~(3+)的含量降低,影响了氧化还原循环反应(Mn~(4+)+Ce~(3+)?Mn~(3+)+Ce~(4+))的进行;此外,Pb的加入破坏了催化剂的酸性位点,阻碍了催化剂对NH_3的吸附和活化。经硝酸再生后的Mn-Ce/TiO_2催化剂的脱硝活性几乎完全恢复,在80–150℃下其脱硝活性甚至超过新鲜未中毒的催化剂,其原因主要在于硝酸再生能恢复催化剂的氧化还原能力、增大比表面积、并形成新的酸位点。     

The influence of poisoning on the deactivation of DeNOx catalysts

This paper summarizes the results of a research on the influence of the poisoning of the SCR catalyst on its structure. Samples of commercially available SCR catalysts were exposed to real flue gases inside a pulverized coal boiler co-firing coal and biomass. The catalysts were investigated by SEM-EDS, XRD, AAS, UV–vis and 1-butene isomerization as a test reaction. Additionally, ash collected from the catalysts was characterized. The obtained results showed a decrease in the activity by ash and alkali metals originating from biomass. Neither the structural changes in the support nor the changes in the oxidation state and distribution of vanadium were observed during the entire testing period. The acidity of the catalyst, operated for the shortest period (2270 h), increased due to the formation of sulfate species arising from the presence of SO₂ in the flue gases. The role of sulfate species and alkali cations in poisoning of catalytic sites is discussed.     

用于选择性催化还原脱硝的钙钛矿型催化剂研究进展

在推进“双碳”目标背景下,人们的环保理念不断增强,对污染防治和节能降耗等问题的重视程度越来越高。选择性催化还原技术(SCR)是目前脱硝领域中的研究重点,该技术具有较高的脱硝效率,有良好的应用价值。本文综述了近年来钙钛矿型催化剂用于SCR技术的研究进展,分析了钙钛矿型催化剂的特性,分别对ABO₃型、负载型和掺杂型钙钛矿型催化剂进行了介绍,同时对钙钛矿型脱硝催化剂的常见制备方法进行了归纳,最后对钙钛矿型催化剂用于SCR技术进行了总结和展望。     

纳米负载型V2O5-WO3/TiO2催化剂碱中毒及再生研究

实验制备了陶瓷颗粒为骨架的纳米级V₂O₅-WO₃/TiO₂(C)催化剂。采用浸渍法模拟碱金属中毒,研究了中毒及再生对催化剂脱硝活性的影响,运用XRD、FT-IR、H₂-TPR、XPS技术表征分析了碱金属对催化剂的失活作用。实验表明,碱金属能使催化剂活性降低,钾的毒性大于钠。FT-IR结果显示,催化剂以Lewis酸作为活性酸位。H₂-TPR、XPS结果表明,钾的加入降低了催化剂的氧化能力,主要影响了催化剂表面的吸附氧。采用单纯的水洗方法并不能提高催化剂活性,而酸洗再生后催化剂在较高反应温度下活性得到较好的恢复。     

中温商业SCR催化剂碱和碱土中毒特性研究

在实验室条件下对选择性催化还原(SCR)商业催化剂的碱(K)和碱土(Ca)中毒进行了模拟,并采用液氮吸附、扫描电镜、能谱分析、NH_3-程序升温脱附、H_2-程序升温还原等方法对催化剂中毒前后的物理化学性质变化进行了表征。结果表明,K和Ca的中毒没有破坏商业中温SCR催化剂孔的基本结构,但K和Ca的中毒使催化剂的比表面积和孔容减小。K和Ca的中毒在一定程度上改变了催化剂表面钒的价态,导致了钒的还原能力减弱,同时降低催化剂表面化学吸附氧。钾中毒和钙中毒使催化剂的表面酸量降低。钾和钙中毒造成中温SCR催化剂的脱硝活性降低,并且Ca中毒造成的催化剂活性降低要明显高于K中毒。     

碱土金属对MnOx-CeO2/ZrO2-PILC催化剂SCR活性影响研究

采用浸渍法模拟低温选择性催化还原(SCR)催化剂MnO_x-CeO₂/ZrO₂-PILC的碱土金属中毒特性,研究了碱土金属及其负载量对中毒程度的影响。实验表明,钙/镁的添加会引起催化剂中毒,催化剂中毒失活程度与碱土金属的负载量有关。运用 X射线衍射(XRD)、H₂程序升温还原( H₂-TPR)、氮气吸脱附及 NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)对新鲜催化剂以及碱土金属中毒后的催化剂进行了表征。结果表明,钙/镁中毒后催化剂的比表面积降低、催化剂氧化还原性和表面酸性减少,进而造成催化剂失活。     

甲烷选择催化还原NO研究进展

 近十年来,甲烷选择催化还原NOx已引起各国环境研究工作者的关注．综述了近年来甲烷选择催化还原NOx方面的研究进展,着重分析了用于该反应的催化剂的研究状况,探讨了目前比较公认的甲烷选择催化还原NOx的反应机理（NO2机理）,详细介绍了目前催化剂用于提高甲烷DeNOx反应活性的方法;并展望了甲烷选择催化还原NOx今后的研究方向．     

环境友好的选择性催化还原氮氧化物催化剂

富氧条件下的氮氧化物（NO。）选择性催化还原（SCR）是目前环境催化领域的研究热点,其核心问题是研发环境友好、高效稳定的SCR催化剂．目前,以NH3为还原剂的NH3-SCR已经大规模应用于固定源烟气脱硝和柴油车尾气净化,以碳氢化合物（Hc）为还原剂的HC-SCR也有望实际应用．针对NH3-SCR,本文以作者研究的铁钛复合氧化物催化剂、铈基氧化物催化剂以及国际上新兴的小孔分子筛催化剂为例,从催化剂结构、SCR反应机理、催化剂低温活性改进以及抗中毒性能等诸多方面对该领域的研究进展做了较为全面的论述．针对HC-SCR催化剂,本文在综述长链HC及柴油选择性还原NQ研究现状的基础上,结合作者在HC-SCR反应机理方面的研究成果,展望了实现柴油-SCR的发展方向．     

商用SCR脱硝催化剂K2O中毒后再生:(NH4)2SO4溶液

利用(NH₄)₂SO₄溶液对K₂O中毒后烟气SCR (selective catalytic reduction)脱硝商用催化剂活性进行再生。采用湿法浸渍法使催化剂表面负载不同质量K₂O,前驱体为KNO₃溶液。经过再生工艺处理后,在不同模拟烟气空速及氧浓度条件下均具有良好的活性。进一步利用离子色谱(IC)、N₂吸附脱附分析(BET)、扫描电镜及其元素能谱分析(SEM-Maps, EDX)、红外光谱分析(FT-IR)等技术对再生前后催化剂进行表征。结果表明,再生工艺对K₂O去除效果明显,有效地恢复了催化剂表面活性位V=O。此外,再生过程没有导致催化剂表面物质的流失及机械强度的降低。