以含鈦高爐渣為載體的負(fù)載型Mn-Ce系SCR催化劑的制備及性能研究.pdf

1、含鈦高爐渣作為冶金工業(yè)的副產(chǎn)物，具有極大的潛在價值。我國每年排放的大量含鈦高爐渣得不到利用或是僅僅作為建筑材料添加劑進(jìn)行粗獷利用，會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，亟待開發(fā)科學(xué)合理的含鈦高爐渣資源化利用新途徑。含鈦高爐渣的主要成分TiO2、Al2O3和SiO2，約占總量的53～59％。TiO2、Al2O3和SiO2是選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction，SCR)煙氣脫硝技術(shù)中最常用的催化劑載體，而含鈦

2、高爐渣與這些載體物質(zhì)有著諸多相似的物化特性，因此可以將含鈦高爐渣看作一種TiO2-Al2O3-SiO2復(fù)合載體。本文采用浸漬法制備出了以含鈦高爐渣為載體、以錳氧化物和鈰氧化物為主要活性組分的SCR催化劑，并對其性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　首先，本文對Mn/Slag催化劑的性能進(jìn)行了研究，并探究了堿土金屬Ce摻雜對催化劑性能的影響。催化劑的活性測試結(jié)果表明，以含鈦高爐渣作為SCR脫硝催化劑載體是可行的，在選定的MnOx負(fù)載量范圍(1

3、5～30％)，Mn/Slag催化劑具有良好的脫硝性能，在200～260℃之間均能保持80％以上的脫硝活性;Ce摻雜可以顯著提高催化劑的脫硝性能，增寬催化劑活性溫度窗口，在160～260℃之間15％Mn-Ce/Slag(2-7)催化劑均能保持80％以上的脫硝活性，最佳Mn/Ce摩爾比為5。催化劑的表征分析結(jié)果表明，Ce的加入使得催化劑表面孔道更為豐富，增強(qiáng)催化劑表面氧化還原能力與表面酸性，提高催化劑對NH3的吸附能力，活性組分與載體(Ca

4、TiO3、CaMgSi2O6)之間的相互作用是催化劑高活性的保障。
　　在此研究的基礎(chǔ)上，本文以Mn-Ce復(fù)合氧化物作為催化劑的活性組分，考察了過渡金屬(Fe、Cu、Co、Ag)摻雜對催化劑性能的影響。Co和Fe對催化劑活性的提升最為明顯，Cu的摻雜使催化劑的脫硝活性有小幅度下降，Ag的摻雜則會使催化劑的脫硝活性大幅度下降。比表面積分析表明，摻雜過渡金屬后催化劑表面仍屬中孔分布，有利于表面氣體吸附;XRD表征分析表明，只有Co的摻

5、雜顯著增強(qiáng)了活性組分與載體之間的相互作用;SEM表征分析看出，Ag摻雜后催化劑表面發(fā)生出現(xiàn)了明顯團(tuán)聚現(xiàn)象。XPS表征分析表明，F(xiàn)e、Cu、Co、Ag摻雜對Mn和Ce在催化劑表面存在形態(tài)影響不大，仍主要以Mn4+和Ce4+形式存在。H2-TPR測試結(jié)果表明，Co摻雜對Mn氧化物的氧化還原過程最有利。NH3-TPD測試結(jié)果表明，四種過渡金屬摻雜后催化劑表面酸性增強(qiáng)，但Ag的摻雜使催化劑表面酸性增強(qiáng)過高，引起催化劑表面吸附NH3對應(yīng)的脫附溫度

6、太高反而不利于各種形態(tài)的NH3從酸性位上脫附下來，從而導(dǎo)致NH3-SCR反應(yīng)活性下降，這也是Ag摻雜使催化劑活性明顯下降的重要原因之一。
　　其次，本文研究了催化劑工藝參數(shù)對催化劑性能的影響。結(jié)果表明，載體含鈦高爐渣粒徑、焙燒溫度、煙氣成分(NH3、O2、SO2)對催化劑活性均有不同程度的影響。對于15％Mn-Ce/Slag(5)催化劑，優(yōu)化后的工藝參數(shù)分別為:載體含鈦高爐渣粒徑在100目以下，催化劑煅燒溫度為500℃，O2含量1

7、％以上，[NH3]/[NO]在2左右。
　　最后，本文對15％Mn-Ce/Slag(5)催化劑的抗SO2中毒能力進(jìn)行了測試，并利用XRD、FT-IR等表征技術(shù)對催化劑SO2中毒機(jī)理進(jìn)行了研究。模擬煙氣系統(tǒng)引入SO2后，系統(tǒng)NO轉(zhuǎn)化率逐步下降，60min后趨于穩(wěn)定，能維持在40％左右。催化劑的中毒機(jī)理為:載體被硫酸化，抑制了活性組分與載體之間的相互作用，導(dǎo)致催化劑活性顯著降低。
　　本文的研究成果可為研發(fā)制備催化活性高、性能穩(wěn)