Al2O3、SiO2优化催化剂组分配伍及脱硝性能研究文献综述

1.引言

随着工业发展，NO_x(包括N₂O、NO、NO₂、N₂O₅、N₂O₄等多种化合物）等污染性气体的大量排放，导致酸雨、光化学烟雾、雾霾和温室效应越来越严重，对人们的正常生活和健康造成了危害。国家十二五大气污染治理已将烟气脱硝列为重点。

利用催化的方法将有害的NO_x转化为N₂的研究经历了以下的发展过程，即非选择性催化还原法（NCR）、氨选择性催化还原法（NH₃-SCR）、催化直接分解法和烃类选择性催化还原法(HC-SCR)。SCR脱硝技术是目前国内外研究及应用的主流技术之一。该技术是在含氧气氛下及催化剂存在时,以氨、尿素或碳氢化合物等作为还原剂,将烟气中NO_x还原为N₂和水。作为目前最主流可靠的脱硝技术SCR脱硝的核心元件，它的脱硝率、抗压耐磨强度、抗中毒能力、寿命、和成本一直是主要的研究方向。如何降低脱硝催化剂成本是目前脱硝领域研究的热点之一，降低脱硝催化剂成本的主要方法是采用廉价的催化剂载体、选择廉价高效催化剂活性组分。目前己报道的文献中采用廉价材料如飞灰、SiO₂和Al₂O₃等作为载体。

2.烟气脱硝催化反应

NO_x的催化分解反应首先是NO在催化活性中心上吸附分解生成吸附态的O，同时生成N₂O,之后吸附态的O与NO反应生成NO₂,随后就是N₂O和NO₂的催化分解。

目前,脱硝的手段有多种，但是，有些方法只适用于实验室，在工程上主要采用SCR脱硝手段，SCR优势在于：理论上，脱硝可控制在0~100%，从经济方面考虑，在40~95%，效率高技术成熟可靠，无脱硝副产物处理，而成为当今世界治理NO_x的主要方法。

SCR烟气脱硝催化反应共分4步进行。第一步，烟气中的氨气扩散到催化剂的活性位上，生成络合物。第二步，烟气中的NO和络合了氨的催化剂发生进一步络合反应。第三步，N₂和H₂O从催化剂上脱附。第四步，烟气中O₂扩散到催化剂活性位上，置换出氢，使催化剂复原^[1]。TakagiKawai^[2]研究表明，催化剂上SCR的活性顺序是：V₂O₅/TiO₂V₂O₅/Al₂O₃ V₂O₅/SiO₂.拉曼光谱分析发现，钒在载体上的分散情况为：SiO₂Al₂O₃TiO₂.KazaklTronconi^[3]研究了使用氨气为还原剂还原NO的活性，发现载体的影响顺序是TiO₂ ZrO₂ Al₂O₃ SiO₂.通过有限时间的试验，结果表明钒钛系催化剂具有较高的脱硝活性，脱硝效率,NH₃/NO呈线性关系,具有较好的抗硫中毒性能,对碱金属的中毒较为敏感，中毒后，其活性呈不可逆的迅速下降,表而涂覆氧化钙，催化剂活性的下降不明显。^[4]

3. Si-Al-O_x掺杂优化催化剂

但是SCR中多采用钒钛钨体系，其中，钒钛剧毒，目前无成熟再生方案，会形成二次污染，钒还是危化学品，需有资质公司专门收费处理。而且占80%以上的主要载体为价格昂贵的活性TiO₂,寿命短。

对此，本次试验采用Si-Al-O_x掺杂（新型无毒稀土基催化剂为主）部分取代占商用催化剂90%以上的特制锐钛矿活性钛白粉载体，以达到以下目的：1、改变原先单一的二氧化钛载体成分，提高催化剂的抗压强度、耐磨强度、韧性等机械性能。2、廉价Si-Al-Ox的掺杂，取代价格昂贵的特征活性钛白粉，增加催化剂生产过程中泥胚的韧性和可塑性，提高生产合格率，降低原料成本和降低生产成本。3、提高了抗毒性能和使用寿命。具有很高的工业应用价值和理论研究意义。