V2O5/WO3-TiO2是 NH3-SCR领域应用最为广泛的商用脱硝催化剂,该催化剂具有良好的抗硫中毒性能；但其水热稳定性却相对较差,高温条件下运行会严重失活。这主要是由于锐钛型 TiO2在高温下发生团聚或相变,生成比表面积较小的晶红石型 TiO2,进而导致活性组分 V2O5和 WO3团聚或挥发。结局问题的关键是提高载体 TiO2的水热稳定性,而添加 Al, Zr和 Si等元素对 TiO2进行改性则被认为是最有效的方法之一。 Si改性的 V2O5/WO3-TiO2催化剂水热老化后仍然具有较高的比表面积、较多的酸性位和稳定晶体结构,但其作用机理仍不明确。本文分别考察了750oC水热老化处理24 h对V2O5/WO3-TiO2和V2O5/WO3-TiO2-SiO2催化剂结构和催化活性的影响,并采用 X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H2-TPR)、拉曼光谱(Raman)和氨气程序升温脱附(NH3-TPD)等手段研究了 Si改善 V2O5/WO3-TiO2催化剂水热稳定性的原因。结果表明,水热老化后, Si改善的催化剂和载体的比表面积降幅较小。 XRD结果表明, Si添加到 TiO2中可形成 Ti-O-Si固溶体,固溶体的形成使 TiO2晶界能提高,可防止水热老化过程中 TiO2的团聚和相变,进而提高其水热稳定性。负载 V后, Si对载体的稳定作用则更加明显。这主要是因为低熔点的 V2O5会加剧载体的团聚和相变。结合 H2-TPR和 Raman结果可知, V2O5/WO3-TiO2催化剂水热老化后发生TiO2团聚或相变,进而导致活性组分多聚态 V2O5团聚生成 V2O5晶粒或 Ti-V-O固溶体,而后者对 SCR反应活性的贡献非常低；同时,水热老化还使得助剂 WO3从 WO3-TiO2中脱离出来,因而导致催化剂活性和选择性下降。然而由于V2O5/WO3-TiO2-SiO2催化剂载体具有良好水热稳定性,经水热处理后仍保持着锐钛晶型和较小的晶粒,抑制了活性组分V2O5的严重团聚或形成固溶体；同时还使得高分散态 V2O5轻微团聚形成主要活性组分多聚态 V2O5,因此催化活性反而提高。另外,由于V2O5/WO3-TiO2-SiO2催化剂中形成了Ti-O-Si固溶体,进而产生更多的酸性位,水热处理后,其酸性位降低幅度较小；而 V2O5/WO3-TiO2催化剂酸性位数量明显减少,这与其载体和活性组分的烧结和相变相关,这也是导致其失活的主要原因之一。
V2O5/WO3‐TiO2 and V2O5/WO3‐TiO2‐SiO2 catalysts were prepared by a wetness impregnation method, and both the catalysts were hydrothermally aged at 750°C in 10 vol%H2O/air for 24 h. The catalysts were evaluated for NOx conversion using NH3 as the reductant. Hydrothermal ageing decreased the NOx conversion of V2O5/WO3‐TiO2 catalyst severely over the entire measured tem‐perature range. Interestingly, the NH3‐SCR activity of the silica‐modified catalyst at 220–480°C is enhanced after ageing. The catalysts were characterized by X‐ray diffraction, nitrogen adsorption, X‐ray fluorescence, Raman spectroscopy, H2 temperature‐programmed reduction, and NH3 temper‐ature‐programmed desorption. The addition of silica inhibited the phase transition from anatase to rutile titania, growth of TiO2 crystallite size and shrinkage of catalyst surface area. Consequently, the vanadia species remained highly dispersed and the hydrothermal stability of the V2O5/WO3‐TiO2 catalyst was significantly improved.
参考文献
- 下载量()
- 访问量()
- 您的评分：
-
10%
-
20%
-
30%
-
40%
-
50%