堇青石改性V-W-Mo_TiO_%282%29催化脱硝性能研究.pdf

第3 3 卷第4期2023年12 月洛阳理工学院学报（自然科学版）Journal of Luoyang Institute of Science and Technology(Natural Science Edition)Vol.33No.4Dec.2023堇青石改性V-W-Mo/TiO,催化脱硝性能研究孙振动，彭以以，梅博伦，于毅2*，徐丽，刘国际（1.河南康宁特环保科技股份有限公司，河南新密452 37 0；2.郑州大学化工学院，河南郑州450 0 0 1）摘要：为提高V-W-Mo/TiOz催化剂的宽温脱硝性能，采用董青石对催化进行改性调控。采用XRD、Nz 物理吸脱附、H,-TPR等手段对改性催化剂进行了表征，添加董青石可显著提高催化剂比表面积以及活性位点的还原性，有效增强催化剂脱硝活性。关键词：宽温催化；氮氧化物；钒基催化剂；董青石；改性D0I:10.3969/j.issn.1674-5043.2023.04.001中图分类号：0 6 43.36为保障电力安全供应和民生供热，大幅提高随机性、间歇性清洁能源消纳比例，国家高度重视电力系统调峰能力建设，先后出台一系列政策，强调提升电力系统灵活性。2 0 16 年7 月，国家发改委、国家能源局印发可再生能源调峰机组优先发电试行办法（发改运行【2 0 16】1558 号），提出在全国范围内通过企业自愿，电网和发电企业双方约定的方式确定部分机组为可再生能源调峰，按照“谁调峰，谁受益”原则，建立调峰机组激励机制。2 0 2 1年11月国家发改委、国家能源局印发关于开展全国煤电机组改造升级的通知（发改运行【2 0 2 1】1519号），指出存量煤电机组灵活性改造应改尽改，“十四五”期间完成2 亿kW，增加系统调节能力30 0 0 万 40 0 0 万kW，促进清洁能源消纳。“十四五”期间，实现煤电机组灵活制造规模1.5亿kW。目前，商用及文献报道的钒钛系催化剂都有明确的运行温度要求，烟气温度下限一般不低于3001-2 。在当前国内外碳减排与新能源发展的大趋势下，火电尤其是煤电在并网电力系统中的深度调峰功能愈发关键。当火电机组低负荷运行时（烟气温度低于30 0），传统脱硝催化剂活性下降，脱硝效率降低，氨逃逸率上升，生成的硫酸氢铵会造成空气预热器堵塞，影响机组的安全稳定运行。为了避免低负荷下脱硝系统对机组的不利影响，需进行宽温脱硝催化剂的研发3-5堇青石一般由高纯度的MgO、A l,O,和SiO,组成，可通过溶胶凝胶法制得，作为催化助剂可提高催化剂的机械强度和化学强度。有报道指出在传统钒钛脱硝催化剂中添加一定量的堇青石可提高催化剂的低温活性。目前，尽管已有堇青石负载钒基催化剂催化脱硝的报道，但关于堇青石和TiO,混合载体负载V-W-Mo催化剂的脱硝活性未见报道。本文采用等体积浸渍法，将活性组分VO、WO,和MoO,均匀负载至不同堇青石/TiO,比例的载体上，研究脱硝效率。1实验部分1.1 催化剂制备按V,0s负载量1%、WO,负载量5%、Mo0,负载量0.5%的配比，称取一定量的偏钒酸铵、钨酸铵和钼酸铵加人至一定质量的去离子水中，超声搅拌使其充分溶解。然后，将不同比例的堇青石和TiO,载体加人至上述溶液中，搅拌均匀。将混合物旋蒸、干燥后置于马弗炉中焙烧，得到V-W-Mo/TiO,/堇青石（x）催化剂，x代表堇青石质量分数。1.2作催化性能测试不同催化剂的脱硝性能在固定反应床上进行。反应管材质为不锈钢，长度为30 cm，内径为10 mm。收稿日期：2 0 2 3-0 5-2 3作者简介：孙振动（198 2-），男，河南新密人,工程师,主要从事脱硝催化剂及工艺方面的研究.E-mail;通讯作者：于毅（1992-），男，河南洛阳人，博士，副研究员，主要从事选择性氧化还原绿色催化剂及工艺开发方面的研究。E-mail:yuyihg 文献标识码：A文章编号：16 7 4-50 43(2 0 2 3)0 4-0 0 0 1-0 32催化剂装填量为0.8 mL，催化剂床层实际反应温度由插入床层的热电偶监控。采用Gasboard-3000plus在线红外烟气分析仪测定NO浓度。每次开始测定时，系统至少稳定30 min，以保证系统达到稳态。NO转化率式中：为NO转化率；（NO），和（NO）。u 分别为反应管口处和出口处的NO浓度。1.3作催化剂表征X-射线衍射：采用布鲁克D8型X-射线衍射仪测定不同催化剂的物相结构，步长为0.0 2，测试角度20范围为10 90，扫描速度为10/min。N，物理吸脱附：采用美国康塔Autosorb-iQ2型物理吸附仪测定催化剂的比表面积及孔结构。H,程序升温还原：采用天津先权公司TP-5080程序升温化学吸附仪对催化剂还原性能进行测定。2结果与讨论2.1性能测试不同堇青石添加量对催化剂脱硝活性的测试结果如图1所示。所有催化剂的脱硝活性随温度升高逐渐升高。纯V-W-Mo/TiO,催化剂在10 0 时无脱硝活性，添加堇青石后催化剂活性逐渐增强。当堇青石添加量为2%时，催化剂具有最佳的脱硝性能；当添加量超过2%时，随堇青石含量的增多，催化剂性能逐渐下降。2.2XRD 表征为深入探究堇青石对V-W-Mo/TiO,催化剂的影响机制，对不同催化剂进行了结构及性质表征。XRD表征结果如图2 所示，所有催化剂均表现出锐钛型TiO,的特征衍射峰，未发现VOx、WO x、M o O,以及堇青石的特征峰，表明活性组分及堇青石在催化剂中分散性良好6 100-V-W-Mo/TiO,-V-W-Mo/TiO/1%堇青石80-V-W-Mo/TiO/2%堇青石%/率转ON+V-W-Mo/Tio,/3%青石60-V-W-Mo/Tio/4%堇青石40200+100150200250300350400反应温度/图 1不同堇青石添加量催化剂的脱硝活性2.3N,物理吸脱附不同催化剂的N,物理吸脱附曲线如图3所示，两种催化剂均为IV型吸脱附曲线，在相对压力小于0.7范围内吸附量无增加，表明两种催化剂中均包含介孔结构7 。计算得到的比表面积、平均孔径和孔容数据如表1所示。添加堇青石后，催化剂的比表面积显著增加，平均孔径及比孔容有所减小。较大的比表面积可提供更多的催化反应位点，添加适量堇青石后，催化剂性能得到显著提升8 催化剂V-W-Mo/TiO,V-W-Mo/TiO,/2%堇青石2.4H,-TPR 表征钒基脱硝催化剂的还原性直接影响催化活性，为进一步探究堇青石添加对催化剂还原性能的影响，洛阳理工学院学报（自然科学版）(NO)in-(NO)outa：(NO)in102030405060708020/)图2不同催化剂的XRD图表1不同催化剂的比表面、平均孔径和比孔容比表面积/(mg)平均孔径/nm6721.488515.99第33卷V-W-Mo/Tio,/4%堇青石V-W-Mo/Tio,/3%堇青石V-W-Mo/TiO,/2%堇青石V-W-Mo/Tio,/1%董青石V-W-Mo/TiO,比孔容/(cmg)0.360.34第4期采用H2-TPR对不同催化剂进行了表征，结果如图4所示。两种催化剂均显示出单一的还原峰，表明活性组分之间存在较强的相互作用9。添加堇青石后活性组分的还原峰温度明显降低，表明堇青石能显著提高活性组分的还原性能，这是催化性能提高的主要原因。孙振动，等：堇青石改性V-W-Mo/TiO,催化脱硝性能研究3V-W-Mo/Tio,/3%堇青石V-W-Mo/TiO,/3%堇青石V-W-Mo/TiO,V-W-Mo/TiO,0.0图3不同催化剂的吸脱附曲线3结语考察了不同堇青石添加量对V-W-Mo/TiO,催化脱硝性能的影响，采用XRD、N,物理吸脱附及H,-TPR等手段对不同催化剂进行了表征。堇青石的添加不影响催化剂的晶体结构，但增加了催化剂的比表面积，提供了更多的反应位点；同时，堇青石的添加显著增强了催化剂的还原性能，这是催化性能提高的主要原因。参考文献：1 ZHANG H,HAN J,NIU X,et al.Study of synthesis and catalytic property of WO,/TiO,catalysts for NO reduction at high tempera-tures J.Journal of Molecular Catalysis A:Chemical,2011,350(1/2):35-39.2 PARK J H,PARK H J,BAIK J H,et al.Hydrothermal stability of CuZSM5 catalyst in reducing NO by NH,for the urea selectivecatalytic reduction processJ.Journal of Catalysis,2006,240(1):47-57.3旭宏.钒钨钛脱硝催化剂的制备及其性能研究D.重庆：重庆大学,2 0 12:1-10.4】张强,许世森,王志强.选择性催化还原烟气脱硝技术进展及工程应用J.热力发电,2 0 0 4(4)：1-6.5 MYTAREVA A I,BAEVA G N,BRAGINA G O,et al.Fast and standard selective catalytic reduction in NH,-DeNO(x):pathwaysdiscrimination as a key step for the understanding of kineticsJ.Mendeleev Communications,2014,24(5):311-312.6】陆强，吴亚昌，徐明新，等.抗高温失活SCR脱硝催化剂研究进展J.材料导报,2 0 2 2,36(13):6 8-7 6.7 LAZARO M J,ASCASO S,PEREZ R S,et al.Carbon-based catalysts:Synthesis and applications J.Comptes Rendus Chimie,2015,18(11):1229-1241.8 LISI L,LASORELLA G,MALLOGGI S,et al.Single and combined deactivating effect of alkali metals and HCI on commercial SCRcatalysts JJ.Applied Catalysis B:Environmental,2004,50(4):251-258.9 KHODAYARI R,ODENBRAND C I.Deactivating effects of lead on the selective catalytic reduction of nitric oxide with ammonia overa V,Os/WO,/Ti0,catalyst for waste incineration applicationsJ.Industrial&engineering chemistry research,1998,37(4):1196-1202.Abstract:In order to improve the wide temperature denitrification performance of V-W-Mo/TiO,catalyst,cordierite was used to modifythe catalyst.The physicochemical properties of different catalysts were characterized by XRD,N2 adsorption-desorption and H,-TPR.The results show that cordierite addition can significantly improve the specific surface area of catalysts and the reducibility of activesites,effectively enhancing the denitrification activity of catalysts.Keywords:wide temperature catalysis;NOx;Vanad-based catalyst;cordierite;modify0.2相对压力（plp。）Research on the Catalytic Denitrification Performance of V-W-Mo/TiO,Modified with CordieriteSUN Zhendong,PENG Yiyi,MEI Bolun,YU Yi?*,XU Li,LIU Guoji?(1.Henan Kangningte Environmental Protection Technology Co.LTD,Xinmi 452370,China;2.School of Chemical Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China)0.40.60.81.0100200300400500600700温度/图 4不同催化剂的 H,-TPR 表征(责任编辑：翟智卫)