具有球形催化界面的MnCe...催化滤布的NO_x脱除性能_倪茂森 (1).pdf

第 40 卷第 12 期2022 年 12 月环境工程Environmental EngineeringVol40No12Dec2022收稿日期:20220311基金项目:国家自然科学基金(51902166);江苏省自然科学基金(BK20190786)第一作者:倪茂森(1998)，男，硕士，主要从事工业烟气脱硝催化材料的研究。nimaosen369 foxmailcom*通信作者:杨波(1987)，男，博士，副教授，主要从事大气污染控制与环境催化材料研究。yangbo1987 nuisteducnDOI:10.13205/jhjgc202212021倪茂森，杨波，顾秋香，等 具有球形催化界面的 MnCeOx/P84 催化滤布的 NOx脱除性能 J 环境工程，2022，40(12):157164具有球形催化界面的 MnCeOx/P84 催化滤布的 NOx脱除性能倪茂森杨波*顾秋香汪振辉黄琼陈敏东(南京信息工程大学 环境科学与工程学院 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心 江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室，南京 210044)摘要:催化滤布可同时去除烟气中的粉尘颗粒和 NOx，满足水泥等行业 NOx脱除的迫切需求。而催化滤布中催化界面的形貌会显著影响其脱硝性能。制备了具有球形催化界面的 MnCeOx/P84 催化滤布(-MnCeOx/P84)，并考察其 NOx脱除性能。结果表明:当 MnCeOx负载量为 60 g/m2时，-MnCeOx/P84 在 130 时 NOx脱除率为 86.9%，160190 时 NOx脱除率97%。同时，-MnCeOx/P84 具有较好的抗 SO2性能和稳定性，通入体积分数为 0.003%的 SO2后，在190 下，其 NOx脱除率达到 83%左右;停止通入 SO2后，-MnCeOx/P84 的 NOx脱除率上升并稳定在 93%左右。且经过 200 h 的脱硝反应测试后，-MnCeOx/P84 的脱硝活性与催化剂负载量未下降。表征分析结果表明，-MnCeOx/P84 中球形 MnCeOx活性组分以弱结晶形式存在，紧密地包裹在滤料纤维表面，且分散均匀;中孔是 MnCeOx催化剂的主要孔结构，能够为催化反应的进行提供通道。H2-TP 与 Insitu DIFTS 分析进一步表明，-MnCeOx/P84 在 100200 有良好的氧化还原能力，且具有丰富的 Lewis 和 Brnsted 酸位，为其优越的低温 NH3-SC 脱硝性能提供了重要保障。具有球形催化界面的 MnCeOx/P84 催化滤布具有低负载量、高稳定性的特点，为滤料除尘脱硝技术的推广应用提供参考。关键词:催化滤布;NOx;脱硝;催化界面NOxEMOVAL PEFOMANCE OVE MnCeOx/P84 CATALYTIC FILTE WITH SPHEICALCATALYTIC INTEFACENI Maosen，YANG Bo*，GU Qiuxiang，WANG Zhenhui，HUANG Qiong，CHEN Mindong(Jiangsu Key Laboratory of Atmospheric Environmental Monitoring Pollution Control，Jiangsu Collaborative Innovation Center ofAtmospheric Environment and Equipment Technologies，School of Environmental Science Engineering，Nanjing University of Information Science Technology，Nanjing 210044，China)Abstract:Catalytic filters are low-cost and high-efficiency for synergistic removal of NOxand particulates，which have becomethe development direction of air pollution control technology in the cement and steel industries The morphology of the catalyticinterface in the catalytic filter has a significant influence on its denitration performance MnCeOx/P84 catalytic filter with aspherical catalytic interface(-MnCeOx/P84)was prepared，and its NOxremoval performance was investigated The resultsshowed that the NOxremoval efficiency of-MnCeOx/P84 was 86.9%at 130 and 97%above at 160 to 190 when theMnCeOxloading was 60 g/m2 At the same time，-MnceOx/P84 had good SO2resistance and stability，and the NOxremovalrate of-MnceOx/P84 could reach 83%at 190 after introducing SO2with a volume fraction of 0.003%When the injection环境工程第 40 卷of SO2was stopped，NOxremoval rate of-MnceOx/P84 increased and stabilized at about 93%After 200 hours denitrificationreaction test，the denitrification efficiency and catalyst loading of-MnCeOx/P84 did not decrease significantly Thecharacterization results showed that the spherical MnCeOxactive component in-MnCeOx/P84 was present in weak crystallineform，tightly wrapped around the surface of the filter fiber，uniformly dispersed，and the mesopore was the main pore structureof the MnCeOxcatalyst，which could provide a channel for the catalytic reaction to proceed Further analysis of H2-TP andIn-situ DIFTS showed that-MnCeOx/P84 had good redox ability at 100 to 200 and had abundant Lewis acid sites andBrnsted acid sites，which provided an important guarantee for its superior low-temperature NH3-SC denitrificationperformance MnCeOx/P84 catalyst filter with a spherical catalytic interface had the characteristics of low load and highstability，which laid a foundation for the promotion and application of dust and NOxremoval over catalytic filtersKeywords:catalytic filter cloth;NOx;denitrification;catalytic interface0引言雾霾的主要成因是粉尘颗粒物(PM)与氮氧化物(NOx)的过量排放1。吸入过量的 NO 和粉尘，会对人的呼吸系统和血液循环系统造成严重损害2，3。火力发电、水泥等行业是 PM 和 NOx的主要排放源。选择性催化还原(selective catalytic reduction，SC)脱硝(脱除 NOx)技术已被 98%电厂采用，脱硝效率高且不会产生二次污染物4。但水泥炉窖烟气含硫量低，粉尘浓度高，与火力发电行业相差较大，会造成催化剂碱金属中毒和孔道堵损，无法大规模使用现有SC 脱硝技术5。目前，国内水泥厂大多采用低氮燃烧技术和选择性非催化还原(SNC)技术，脱硝效率低(30%60%)，且占用空间大、运行成本高，还会产生二次污染6。GB 49152013水泥工业大气污染物排放标准 和国务院 2018 年颁布的打赢蓝天保卫战三年行动计划 对水泥等行业 NOx和 PM 的排放提出了更为严格的要求，所以改进和提升除尘、脱硝设备的性能刻不容缓7，8。催化滤布是将脱硝活性组分和滤布基体耦合，可在过滤 PM 的同时使用SC 技术脱除烟气中的 NOx，只需更换原有袋式除尘器中的滤布，无须增添新的设备，成本低，无二次污染，可满足水泥等行业的迫切需求9，10。催化滤布的制备是影响其性能的重要因素之一。杨波等11 用浸渍法将已制备的催化剂粉末分散到滤料上，再用 PTFE 涂层将催化剂固定，160200 时脱硝率90%，但催化剂分散不均匀，与滤料结合强度较弱。Yang 等6，10，12 采用发泡涂层法将含有 Mn-Ce基催化剂的涂层覆在 P84 和 PPS 滤料上，在 200 时脱硝率90%，除尘率99%，并具备一定的抗 H2O和抗 SO2中毒性能。付彬彬等13 采用氧化还原沉淀法在 PPS 滤料表面合成 Mn-Ce-Co-Ox，得到无序颗粒状三元复合氧化物包裹的催化滤布，有较好的脱硝性能。可见提高催化剂脱硝效率、抗中毒性能、与滤料结合强度是催化滤布制备的关键。有研究发现催化材料的形貌结构显著影响其催化性能14，15。Gao 等16 发现海胆状的-MnO2较棒状的-MnO2和-MnO2有更多的活性氧物种，有利于 NO 氧化。Li 等17 研究表明，相对于纳米棒状和纳米片状的 MnO2，纳米球状的 MnO2具有较大的比表面积，大量的表面化学吸附氧物种，外表面更多的Mn4+，更强的还原性能和更多的酸位点，表现出更好的脱硝活性、稳定性、抗 H2O 和抗 SO2性能。Liu等18 采用氧化还原法合成球形的 MnO2，比表面积大，平均孔径较小，可提供较多的吸附位点。然而，国内外针对催化滤布中催化界面形貌对其性能影响的研究鲜有报道。本文拟采用共沉淀法制备出球形MnCeOx脱硝活性组分，再用浸渍法制备具有球形催化界面 MnCeOx/P84 催化滤布，同时进一步考察其催化界面形貌、脱硝性能、晶体结构、表面吸附性能、氧化还原性能、固体酸量等，分析催化界面的结构形貌对催化滤布性能的影响作用机制，以期为滤料除尘脱硝技术的推广应用提供理论参考。1实验部分1.1催化滤布制备采用共沉淀法制备 MnCeOx/P84 催化剂。将1.1 g MnCl24H2O 和 1.2 g CeCl37H2O 溶解在100 mL去离子水中并加热至 90，然后将 MnCl2和CeCl3混合溶液缓慢倒入 90 的 150 mL 0.08 mol/LKMnO4溶液中，并剧烈搅拌 1 h，生成棕黑色沉淀物。将沉淀物用乙醇和去离子水各清洗 3 遍后，110 下干燥6 h