基于低溫SCR脫硝催化劑研究進(jìn)展

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:摘要：目前環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，氮氧化物作為污染源引起了人們的高度關(guān)注，燃煤催化脫硝技術(shù)得到了高速發(fā)展，其中SCR技術(shù)能在200℃以下的反應(yīng)溫度將NOx高效變換為N2。從脫硝技術(shù)的反應(yīng)機(jī)理出發(fā)，總結(jié)了目前的SCR脫硝技術(shù)，并對(duì)低溫催化脫硝方面的發(fā)展做了展望。

關(guān)鍵詞：選擇性催化還原；低溫；SCR脫硝；分子篩

隨著環(huán)境的日益惡化，使得相關(guān)部門(mén)加強(qiáng)了氮氧化物（NOx）排放標(biāo)準(zhǔn)，2016年7月1日起，要求新建鍋爐和原有鍋爐的排放參照GB13271—2014標(biāo)準(zhǔn)[1]，對(duì)NOx排放提出新的排放標(biāo)準(zhǔn)。原有鍋爐要求小于400mg/m3，新建燃煤鍋爐小于300mg/m3、新建燃油鍋爐小于250mg/m3、新建燃?xì)忮仩t小于200mg/m3而SCR技術(shù)作為較成熟的脫硝技術(shù)，具備了良好的發(fā)展以及運(yùn)用前景。

NOx會(huì)導(dǎo)致酸雨和光化學(xué)煙霧，控制NOx排放勢(shì)在必行。從經(jīng)濟(jì)性和適用性上，目前被全世界范圍內(nèi)廣泛接受的是氨選擇催化還原SCR脫硝技術(shù)。NH3–SCR技術(shù)的成熟，使得其核心催化劑SCR得到廣泛的研究，形成了以V2O5/TiO2系為主的商業(yè)催化劑，活性溫度在320～450℃，并且可以避免SO2與NH3反應(yīng)所生成的NH4HSO4和（NH4）2S2O7堵塞催化劑的孔結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致催化劑失活。

從可持續(xù)發(fā)展的角度，在排煙溫度為120～200℃能高效催化的催化劑將成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，避免了對(duì)鍋爐的改造，或者對(duì)煙氣進(jìn)行加熱，降低了操作成本與能量消耗。

1 SCR法的反應(yīng)機(jī)理

目前，低溫SCR脫硝技術(shù)已被運(yùn)用在發(fā)電廠的電站鍋爐中，其具體的原理是借助催化劑將氨、二氧化碳或碳?xì)浠衔镒鳛檫€原劑，繼而可以將空氣中的NOx逐步還原成N2，促進(jìn)脫硝效果的實(shí)現(xiàn)。

自1970年以來(lái)，SCR技術(shù)得到了大力的發(fā)展，該反應(yīng)機(jī)理也被重點(diǎn)研究，目前比較公認(rèn)的機(jī)理有Eley–Rideal機(jī)理（E–R）和Langrnuir–Hinshelwood機(jī)理（L–H）[2]，E–R機(jī)理指的是反應(yīng)物中NH3或者NOx通過(guò)化學(xué)吸附吸附在催化劑表面，與氣相中的NOx或者NH3相互反應(yīng)。

而L–H機(jī)理反應(yīng)為反應(yīng)物中NOx和NH3首先在催化劑表面化學(xué)吸附，反應(yīng)通過(guò)化學(xué)吸附態(tài)組分–NOx和–NH3之間相互進(jìn)行[3]，但其主要化學(xué)反應(yīng)如下：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O

3NH3+6NO2→7N2+12H2O

2催化劑的類(lèi)型

2.1金屬氧化物催化劑

目前來(lái)說(shuō)，金屬氧化物催化劑形成了V2O5/TiO2系為主的商業(yè)催化劑，V2O5是傳統(tǒng)的負(fù)載型金屬氧化物催化劑，TiO2和Al2O3是用陶瓷做載體的金屬氧化物催化劑。但是以上被工業(yè)廣泛應(yīng)用的催化劑存在反應(yīng)溫度條件較高，不能匹配煙道氣出口的溫度，能耗較高。學(xué)者PENA將V、Cr、Mn、Fe等金屬負(fù)載在TiO2上作最為催化劑時(shí)發(fā)現(xiàn)，在低溫時(shí)Mn元素在反應(yīng)中表現(xiàn)為多種價(jià)態(tài)，因此Mn的脫硝效果最好且N2的選擇性高[4–5]。

KANTCHEVA[6]采用insituFTIR技術(shù)研究了MnOx/TiO2催化劑在低溫時(shí)的脫硝過(guò)程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在低溫下Mn元素的不同價(jià)態(tài)可以吸附不同結(jié)構(gòu)的硝酸鹽，例如NO–/NOH和NO2/NO和O2，這些硝酸鹽在催化劑的表面熱穩(wěn)定性低，所以在低溫脫硝時(shí)效果好。

WU等[7]用共沉淀法制備了MnOx/TiO2，發(fā)現(xiàn)在150～250℃時(shí)NO轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到90%以上，并且發(fā)現(xiàn)當(dāng)Mn/Ti的摩爾比小于0.4時(shí)，隨著Mn含量增加脫硝效率提高，并且在氧氣濃度為3%時(shí)脫硝效果最佳，WU還將過(guò)渡元素（Fe、Cu、Ni、和Cr）添加到MnOx/TiO2催化劑中，發(fā)現(xiàn)MnOx的負(fù)載量在Mn/Ti的摩爾比大于0.4時(shí)不再提升脫硝效率。

閆志勇等[8]利用共沉淀法制備了V2O5–WO3–MoO3/TiO2，并且得出在V/W/Mo/Ti的摩爾比為0.03、0.15、0.3時(shí)效率最高。學(xué)者發(fā)現(xiàn)過(guò)渡元素的混入可以很大程度提高催化劑活性，首要代表是鐵元素，LONG等[9]將Fe與Mn負(fù)載到TiO2上，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Mn/Fe為1∶1時(shí)，催化劑活性高切N2的選擇性很高。

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