V2O5-CeO2／TiO2催化剂上低温氨选择性催化还原NO的性能
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2024-09-13
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第 ３６卷 第 ５期
２００８年 ｌ０月
燃料化学学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｆ
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ｕ
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ｌ
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Ｃ
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ｈ
—
ｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏ１．３６ Ｎｏ．５
Ｏｃｔ．２ｏｏ８
文章编号 ：０２５３－２４０９（２００８）０５４１６—０５
Ｖ２ Ｏ５－ＣｅＯ２／ＴｉＯ２催 化剂 上低 温 氨选择 性催 化还 原 ＮＯ 的性 能
黄 妍 ，童志权 ，伍 斌 ，张俊 丰
（１．湘潭大学 环境工程系 ，湖南 湘潭 ４ｌＩ１０５；２．攀枝花学院 化学工程系 ，四川 攀枝花 ６１７００３）
摘 要：考察 了 Ｖ Ｏ，一ＣｅＯ。／ＴｉＯ 催化剂中 Ｖ、ｃｅ活性组分 的担载量和焙烧温度对 催化剂低 温催化还原 Ｎ０活性的影响及其
在单独 ｓ０ 、Ｈ Ｏ和两者共存气氛下的抗毒化性能 。结果表明 ，焙烧 温度 ４００ ｏＣ下制备 的 ５Ｖ３０Ｃｅ／ＴｉＯ，催化剂 具有 良好 的低
温催化还原 Ｎ０活性 ，空速为 １００００ ｈ～，ｌ６５℃时 Ｎ０转化 率达 ９９．２％ ；５００℃以下低焙烧温 度时 ，添加的 ｃｅ不 与 ｖ相互作
用 ，在催 化剂表面主要以 ＣｅＯ：形式存在 ，有利 于增大催化剂 比表面积，增 强 Ｖ Ｏ 在催化剂上 的分散度 ，提 高催 化活 性。而在
５００℃ 以上较高焙烧温度下 ，ｃｅ与 Ｖ会形成 ＣｅＶＯ ，对活性提高不利 。催 化剂具有 良好 的低温抗水 中毒性能 ，但 受 ｓ０ 毒化
作用明显 ，其在 ｓ０ 、Ｈ：０共存气氛下中毒程度较单独 ｓ０ 下浅。
关键词 ：Ｖ２Ｏ 一ＣｅＯ ／ＴｉＯ ；低温 ；选择性催 化还原 ；ＮＯ
中图分类号 ：Ｘ７０１．７ 文献标识码 ：Ａ
Ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ＮＯ ｂｙ ａｍｍｏｎｉａ ｏｖｅｒ Ｏｓ—ＣｅＯ２／ＴｉＯ２
ＨＵＡＮＧ Ｙａｎ。
，ＴＯＮＧ Ｚｈｉ．ｑｕａｎ ，ＷＵ Ｂｉｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｊｕｎ．ｆｅｎｇ
（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ＥｎｇＬｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉａｎｇｔａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎｇｔａｎ ４１ １ １０５，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｐａｎｚｈｉｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｐａｎｚｈｉｈｕａ ６１７００３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ＮＯ ｂｙ ＮＨ，ｏｖｅｒ Ｖ，０ 一ＣｅＯ，／ＴｉＯ，ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｗｉｔｈ
ｏｒ ｗｉｔｈｏｕｔ Ｈ，Ｏ ａｎｄ ＳＯ，． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ５ Ｖ３０Ｃｅ／ＴｉＯ．ｐｒｅｐａｒｅｄ ａｔ ４００ ｃ【＝ｈａｓ ｈｉｇｈ ｒｅａｃｔｉｏｎ ａｃｔｉｖｉｔｙ．ａｎｄ ｉｔｓ Ｎ０
ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉＳ ９９．２％ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ １０ ０００ ｈ～ ａｎｄ １６５ ｏＣ． Ｗ ｈｅｎ ｔｈｅ ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉＳ ｂｅｌｏｗ
５００ ｑＣ。Ｃｅ ｄｏｅｓ ｎｏｔ ｉｎｔｅｒａｅｔ ｗｉｔｈ Ｖ ａｎｄ ＣｅＯ，ｉＳ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｆｏｒｍ ａｔ ｔｈｅ ｃａｔａｌｙｓｔ ｓｕｒｆａｃｅ．ｗｈｉｃｈ ｃａｎ
ｉｎｅｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｃａｔａｌｙｓｔ ｓｕｒｆａｃｅ ａｒｅａ ａｎｄ Ｖ．Ｏ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ．Ａｂｏｖｅ ５００ ｏＣ ，ＣｅＶＯｄ ｃａｎ
ｂｅ ｆｏｒｍｅｄ ａｎｄ ｉｔ ｃａｎ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ． Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｏｆ Ｖ，Ｏ 一ＣｅＯ，／ＴｉＯ，ｉＳ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｔｏ ｒｅｓｉｓｔ ｗａｔｅｒ
ｐｏｉｓｏｎｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ ｕｎｄｅｒ ＳＯ，ｉＳ ｍｏｒｅ ｓｅｒｉｏｕｓ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｕｎｄｅｒ ＳＯ，ａｎｄ Ｈ，Ｏ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｖ，０ ．ＣｅＯ，／ＴｉＯ，，ＩＯＷ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ（ＳＣＲ），ＮＯ
氮氧化物（ＮＯ ）是大气的主要污染物之一。以
ＮＨ 为还原剂的选择性催化还原 （ＳＣＲ）脱硝技术是
目前工业 上最有效的固定 源 ＮＯ 脱 除方法 ，所用催
化剂的反应 温度须在 ３５０℃以上¨Ｊ。为达到此 温
度，烟气脱硝反应器必须置于锅炉省煤器之后 ，空气
预热器之前。因而催化剂受到高浓度烟尘 的冲刷 、
磨损和飞灰中杂质的污染，烟温过高还会使催化剂
烧结 、失活 ，或发生 ＮＨ 氧化为 ＮＯ的副反应等；而
且对于中国现有 的大多数锅炉来说 ，省煤器 、空气预
热器和锅炉是组装为一体 的，该技术与 中国现有锅
炉匹配 有一定 困难。针对 这些 问题 ，低 温（２００ ｑＣ以
下）高活性烟气脱硝 ＳＣＲ催化剂 的研究 ，成为该领
域的热点。
以 ＴｉＯ，为 载体 的钒氧化物 催化 剂是 目前 国外
工业上应用最广的烟气脱硝 ＳＣＲ催化剂 ，但其低温
活性不高 。尽管长期以来各国研究人员尝试了多种
活性组分配比和不同的催化剂载体 （如 Ｖ Ｏ ／ＴｉＯ ．
ＳｉＯ２ 、Ｖ２Ｏ５／ＡＣ 、Ｖ２Ｏ５一ＢａＯ／ＴｉＯ２ 、Ｖ２Ｏ５／ＡＣ／
ｃ 、Ｐｄ／Ｖ２Ｏ５／Ａ１２Ｏ３ 、Ｖ２０５／碳 纳米 管 等），但
均未取得理想的结果 ，起活温度仍在 １８０℃以上，低
温抗 Ｈ Ｏ、ＳＯ 中毒性能差。
ＣｅＯ，具 有 良好 的 氧 化 还 原 特 性 ，多 篇 文
献 。 报道 ，Ｃｅ的引入能提高催化剂在低温下的可
还原性 。本实验在 ＴｉＯ 载体上负载 Ｖ Ｏ 和 ＣｅＯ ，
以期能提高其低温活性 和抗 Ｈ Ｏ、ＳＯ 中毒性。本
研究制备 的 Ｖ：Ｏ 一ＣｅＯ：／ＴｉＯ：具 有较 好的 低温 ＳＣＲ
活性 ，１６５ ｏＣ时 ＮＯ转化率达到 ９９．２％，并具有 良好
的抗 水毒化 性能。
１ 实验部分
１．１ 催化剂的制备 催化剂采用浸渍法制备。活
收稿 日期 ：２００８－０２—１９；修 回日期 ：２００８－０５－２６。
基金项 目：湖南省 自然科学基金（０７ＪＪ４００３）。
联 系作者 ：童志权 ，Ｔｅｌ：０７３２－８２９２５０４；Ｅ—ｍａｉｌ：ｔｚｑ＠ｘｔｕ．ｅｄｕ．ｅｌｌ。
作者简介 ：黄妍（１９７５ ），女 ，博士研究生 ，副教授 ，主要从事大气污染控制方面 的研究。
本 文的英文电子版 由 Ｅｌｓｅｖｉｅｒ出版社在 ＳｃｉｅｎｃｅＤｉｒｅｃｔ上 出版 （ｈｎｐ：／／ｗｗｗ．ｓｃｉｅｎｃｅｄｉｒｅｃｔ．ｅｏｍ／ｓｃｉｅｎｃｅ／ｊｏｕｒｎａｌ／１８７２５８１３）。
第 ５期 黄 妍 等 ：Ｖ２Ｏ 一ＣｅＯ２／ＴｉＯ 催化剂上低温氨选择性催化还原 ＮＯ的性能 ６１７
性组分前驱体分别为偏钒酸铵（ＡＲ汕头西陇化工
厂）、硝酸铈 （ＡＲ上海化学试 剂有 限公 司）；载体为
锐钛矿型 ＴｉＯ，（平均粒径 １０ ｎｍ，比表面积 ８０ ｍ ／ｇ，
南京海 泰纳 米材料有 限公司）。称 取 １６ ｇ ＴｉＯ：粉 末
放入盛有 １００ ｍＬ蒸馏水烧杯 中，按需要量依次加入
偏钒酸铵和硝酸铈 ；磁力搅拌混合液 １ ｈ，再静置 ４ ｈ
后于 １１０℃干燥 １２ ｈ，接着放人马弗炉 中于一定温
度下（除特别说明，均为 ５００ ｏＣ）焙烧 ５ ｈ。催化剂表
示为 ｘＶｙＣｅ／ＴｉＯ ．ｒ（ｘ和 Ｙ分别表示催化剂 中 Ｖ２Ｏ５
和 ＣｅＯ，的质量分数 ，７１表示焙烧温度）。
１．２ 催化剂活性评 价 催化剂的活性评价在 固定
床石英玻璃反应器 （‘ｐ２０ ｍｍ）中进行 ，实验装置见图
１。催化剂置于反应器中部，反应温度由管式电炉通
过程序控温 仪控 制 ，模 拟烟 气 由盛有 Ｎ 、ＮＯ／Ｎ 、
Ｏ 、ＳＯ ／Ｎ 的钢瓶和 流量计在线 配制。为 了避 免
ＳＯ 与 ＮＨ 在反应器之前的管路或混合器 中发生反
应 ，计量 的 ＮＨ 直接加入 到反应器 中。进 出 口 ＮＯ、
ｓ０ 浓度都分别经旁路 由美 国热电公 司生产的 ４２Ｃ
ＮＯ 分析仪和 ４３ Ｃ ＳＯ：分析仪进行在线检测 。混合
气在送至 ＮＯ 分析仪分析前先经一吸收瓶 ，用磷酸
捕获 ＮＨ ，以防止 ＮＨ 与分析仪 中的臭氧反应生成
ＮＯ，，影 响实 验结果 。
ＮＨ ／Ｎ ］Ｉ ｑｕａｒｔｚ 一 ｆｆ
ｆｕｒｎａｃｅ ： ， ｍ￣ｘｍｇ ￡
ｃｈａｍｂｅｒ ［＝＝ 二ｌ二
图 １ 实验流程不意图
Ｆｉｇｕｒｅ １ Ｆｌｏｗ ｄｉａｇｒａｍ ｆｏｒ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｐｐａｒａｔｕｓ
实 验 所 用模 拟 烟 气 以 Ｎ：为 载气 ，其 中 ＮＯ
０．１％（体积分数 ，下 同），Ｏ ６％ ，ＮＨ ０．１１％ ，总气
量 Ｑ＝１ Ｌ／ｒａｉｎ，空 速 １０ ０００ ｈ～。
１．３ 催 化 剂 的 表征 催 化 剂 的 比表 面 积 采 用
Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ ＡＳＡＰ ２０００型 自动物理吸附仪 ，通过低
温 Ｎ：吸附等 温线测定。
ｘ射线衍射分析 （ＸＲＤ）在 日本理学 Ｄ／ＭＡＸ－３Ｃ
型粉晶衍射仪上进行 ，ＣｕＫｃ￣辐射源 ，管 电压 ４０ ｋＶ，
管电流 １００ ｍＡ，步长 ０．０２，扫描速率 ６￣／ｍｉｎ，１０。～
８０。扫 描 。
２ 结果与讨论
２．１ Ｖ：Ｏ 担载 量对催化剂活性的影响 首先考 察
了较低温度下 Ｖ：０ 的担载量对 Ｖ ０ ／ＴｉＯ 催化剂
ＳＣＲ活性的影响 ，结果见 图 ２。由图 ２可 以看出，在
１５０ ｏＣ、１８０℃、２１０℃温度下，催化剂的 ＳＣＲ活性均
随着 Ｖ Ｏ 担载量的增大而提高 ，但当 Ｖ Ｏ 担载量
大于 ５％后 ，活性提高 的幅度较小 ；同时考虑到 Ｖ Ｏ
担载量较大时 ，其 ｓ０ 催化氧化作用增强 ，可能影响
其在 ｓ０，存在条件下 的活性 ，因此 ，下面的实验中重
点考察了 Ｖ Ｏ 担载量为 ５％的催化剂活性 。
图 ２ Ｖ Ｏ 担 载量 的影 响
Ｆｉｇｕ ｒｅ ２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｖ ｌｏａｄｉｎｇ ｏｎ ＮＯ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ
● ：１５０℃ ；０ ：１８０℃ ；▲ ：２１０ ℃
２．２ ＣｅＯ：担载量的影响 考察了 Ｖ：Ｏ 担载量为
５％ ，ＣｅＯ：担载量分别为 １０％、２０％和 ３０％时 Ｖ Ｏ 一
ＣｅＯ ／ＴｉＯ －５００催化剂的 ＳＣＲ活性 ，与不添加 ＣｅＯ２
的催化 剂活 性比较 ，实 验结果见图 ３。
图 ３ ＣｅＯ 担载量 的影响
Ｆｉｇｕ ｒｅ ３ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｃｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｏｎ ＮＯ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ
＿ ：５Ｖ／ＴｉＯ２；Ｏ ：５ＶｌＯＣｅ／ＴｉＯ２；Ａ：５Ｖ２ＯＣｅ／ＴｉＯ２；
●：５Ｖ３０Ｃｅ／ＴｉＯ２
由图 ３可知 ，不 同 ｃｅ含量 的 Ｖ Ｏ －ＣｅＯ：／ＴｉＯ：
催化剂 活性 有 明显 差别 ，５Ｖ３０Ｃｅ／ＴｉＯ 催化 剂 活性
最高 ，特别 在低 温段 ，活 性提 高 较多 ；而 ５Ｖ１０Ｃｅ／
ＴｉＯ 催 化剂 活 性最 低 ，比不 添加 ＣｅＯ 的 ５Ｖ／ＴｉＯ
∞ ∞ 舳 ∞ 如 加 ｍ ０
摘要：
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