[精編]《安全環(huán)境-環(huán)保技術(shù)》之SCR脫硝催化劑的研究進(jìn)展

1、此資料由網(wǎng)絡(luò)收集而來，如有侵權(quán)請告知上傳者立即刪除。資料共分享，我們負(fù)責(zé)傳遞知識。scr脫硝催化劑的研究進(jìn)展 摘 要：選擇性催化還原（selective catalytic reduction， scr）法是目前可以找到的脫硝效率最高、最為成熟的技術(shù)，因其脫硝效率高、無二次污染而被廣泛使用。其中scr催化劑是該技術(shù)的核心所在，該文主要介紹了scr反應(yīng)機(jī)理以及目前主流的scr催化劑。氮氧化物（nox）主要來自化石燃料的燃燒，按照氮和氧結(jié)合形態(tài)的不同，可分為多種形式的化合物，主要包括no、no2、n2o、n2o4和n2o5，其中排放量最多、對大氣環(huán)境危害最大的是no和no2，煙氣中90%以上的no

2、x是no。目前，選擇性催化還原（selective catalytic reduction，scr）技術(shù)廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)工業(yè)。scr反應(yīng)系統(tǒng)中存在兩個難點(diǎn)問題：催化劑失效以及nh3過量逃逸，因此，未來研究的重點(diǎn)是探索更好的催化劑。1 scr法原理scr法的首次提出是在20世紀(jì)50年代，20世紀(jì)70年代投入工業(yè)應(yīng)用。目前其脫硝效率可達(dá)90%以上，該方法是采用nh3作為還原劑，通過噴氨格柵進(jìn)入煙道與煙氣混合，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)生成n2和h2o。通過使用合適的催化劑，反應(yīng)溫度可以降低到400以下，脫硝效率可高達(dá)90%以上。scr法是目前工程上廣泛使用的、可以用于固定源nox治理的技術(shù)。其中反應(yīng)（1）反應(yīng)

3、是標(biāo)準(zhǔn)scr主反應(yīng)，90%以上的nox是no氣體；（2）反應(yīng)是快速scr反應(yīng)，因?yàn)樵摲磻?yīng)較為迅速，no、no2同時參與反應(yīng)；（3）反應(yīng)是no2-scr反應(yīng)。在無催化劑存在的條件下，scr反應(yīng)溫度范圍都非常狹窄（980 左右），選擇scr催化劑能夠降低反應(yīng)活化能，降低反應(yīng)溫度，應(yīng)用于實(shí)際電廠工況即290 430 范圍內(nèi)。2 scr脫硝催化劑種類研發(fā)具有優(yōu)良性能的催化劑是scr脫硝技術(shù)的核心，因?yàn)榇呋瘎┑某杀竞芨?。目前市面上可見的scr催化劑有成百上千種，包括低溫、超低溫、中溫等。大體上可將這些催化劑分為以下4類：金屬氧化物催化劑、碳基催化劑、貴金屬催化劑和分子篩催化劑。2.1 金屬氧化物催化劑金

4、屬氧化物的催化能力來自于金屬原子與氧原子之間連接的化學(xué)鍵，過渡金屬不滿的d軌道可接受電子或者電子對，形成配合物。許多過渡金屬氧化物如：moo3、zro2、mno2、fe2o3、v2o5等，都具有很好的scr脫硝活性。村上1等學(xué)者專門研究了金屬氧化物的而脫硝活性，得到了大致的活性順序：cuocr2o3moo3znonio，其中負(fù)載了cuo的催化劑的活性非常強(qiáng)，但是選擇性較差，nh3易與o2反應(yīng)，降低脫硝效率。在眾多金屬氧化物中，al2o3由于表面具有大量的羥基而被研究者們看好，并做了大量研究。h. hamada等2研究了添加al2o3可以增強(qiáng)催化劑的脫硝性能，同時還發(fā)現(xiàn)負(fù)載al2o3有助于提高催

5、化劑的低溫活性。進(jìn)一步的研究表明，當(dāng)水蒸氣存在時，ga2o3/al2o3中添加sno2可以進(jìn)一步提高其催化活性，研究者認(rèn)為，這種高活性來源于催化劑中的ga-o-al鍵。xie等人3制備了cuo/al2o3催化劑進(jìn)行scr反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)催化劑在200 時的脫硝效率為80%，同時還進(jìn)行了抗so2實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)銅氧化物對煙氣中的so2非常敏感，活性下降十分明顯。尉繼英等4制備出sno2-al2o3復(fù)合氧化物催化劑，350 時脫硝效率高達(dá)71%。研究者還發(fā)現(xiàn)，其最高no轉(zhuǎn)化率所對應(yīng)的反應(yīng)溫度介于al2o3與sno2之間，且隨sno2含量的增大而逐漸降低。2.2 碳基催化劑活性炭具有特殊的孔結(jié)構(gòu)和較大的表面積，

6、其實(shí)，活性炭本身對no具有較大的吸附能力，具有一定的nh3-scr脫硝活性，在固定源nox的治理中，具有較高的應(yīng)用價值，負(fù)載其上面最常見的活性物質(zhì)是v2o5。gracia-bordeja等人5通過浸漬法制備了負(fù)載型的v2o5/ac催化劑并發(fā)現(xiàn)催化劑在250 可以達(dá)到70%以上no的去除率。有很多學(xué)者將活性炭用于低溫scr反應(yīng)的研究中，中國科學(xué)院山西煤化學(xué)研究所的朱珍平等人5對v2o5/ac進(jìn)行研究，并且在模擬煙氣中加入了so2，發(fā)現(xiàn)so2能夠明顯提高其脫銷活性，推測其原因可能是因?yàn)閟o2與nh3發(fā)生反應(yīng)生成硫酸銨鹽，增加表面酸性位，從而提升了催化劑的催化活性。tang等人6制備了mno2/ac

7、催化劑進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)200 左右脫硝效率高達(dá)90%以上，加入ce進(jìn)行改性后，低溫活性進(jìn)一步提升。南開大學(xué)的沈伯雄等人7采用先預(yù)處理后負(fù)載的方法制備ceo2/acf催化劑，當(dāng)ce的負(fù)載量為10 wt.%時，催化劑在120 240 的脫硝效率達(dá)到85%以上。2.3 貴金屬催化劑貴金屬類催化劑是出現(xiàn)最早的scr反應(yīng)催化劑，催化劑中負(fù)載的貴金屬含量越高，其活性也越高。該催化劑的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的催化活性和熱穩(wěn)定性，具有較好的抗硫中毒能力，但缺點(diǎn)也很明顯，對nh3具有一定的氧化作用，并且價格昂貴。a.keshavaraja等人8用共沉淀法制備了納米ag/al2o3催化劑，具有較高的催化活性，脫硝效率最大可

8、達(dá)90%以上，并且通過長時間的實(shí)驗(yàn)，沒有觀察到明顯的脫硝效率下降的現(xiàn)象。j.h. li9等制備了sn/al2o3催化劑，其最高脫硝效率達(dá)到100%。pd-，pt-和rh-負(fù)載型催化制也顯示出了較好的活性，但是貴金屬催化劑普遍存在一些問題：如選擇性低、價格高、反應(yīng)過程有副產(chǎn)物等。2.4 分子篩催化劑近年來，低成本無毒的分子篩催化劑因具有活性高、反應(yīng)溫度窗口寬，酸度適宜、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)而受到研究者的青睞。具有nh3-scr活性的分子篩結(jié)構(gòu)有許多，如常見的zsm-5、bea、usy、ssz-13等等，通過不同的制備方法將金屬活性組分（cu，mn，ce，fe等）負(fù)載在分子篩上。利用分子篩能夠?qū)崿F(xiàn)主要活性組分定域分布的優(yōu)點(diǎn)，使得其性能更加優(yōu)良，這一點(diǎn)是其它載體所不能達(dá)到的10，另外，其耐熱性及耐水蒸汽穩(wěn)定性都較好，并且具有較寬的反應(yīng)溫度窗口和較高的抗硫中毒能力，被認(rèn)為是最具有實(shí)際應(yīng)用前景的scr催化劑。m. iwamoto等11將多種金屬離子負(fù)載在分子篩上制備成催化劑，發(fā)現(xiàn)負(fù)載有cu2+分子篩的催化劑具有較高的催化活性，其催化活性的大小與多種因素有關(guān)。研究者還發(fā)現(xiàn)，cu2+離子的交換度越大，分子篩的催化活性越高。3 結(jié)論（1）選擇性催化還原法是目前國內(nèi)外電站普遍采用的煙氣脫硝技術(shù)。催化劑是scr脫硝工藝的核心，其熱穩(wěn)定性、催化活性、抗硫能力均會影響響使用壽命及運(yùn)行成本。（2