《安全环境-环保技术》之SCR脱硝催化剂的研究进展 VIP专享VIP免费

SCR脱硝催化剂的研究进展摘要：选择性催化还原（SelectiveCatalyticReduction，SCR）法是目前可以找到的脱硝效率最高、最为成熟的技术，因其脱硝效率高、无二次污染而被广泛使用。其中SCR催化剂是该技术的核心所在，该文主要介绍了SCR反应机理以及目前主流的SCR催化剂。氮氧化物（NOx）主要来自化石燃料的燃烧，按照氮和氧结合形态的不同，可分为多种形式的化合物，主要包括NO、NO2、N2O、N2O4和N2O5，其中排放量最多、对大气环境危害最大的是NO和NO2，烟气中90%以上的NOx是NO。目前，选择性催化还原（SelectiveCatalyticReduction，SCR）技术广泛应用于传统工业。SCR反应系统中存在两个难点问题：催化剂失效以及NH3过量逃逸，因此，未来研究的重点是探索更好的催化剂。1SCR法原理SCR法的首次提出是在20世纪50年代，20世纪70年代投入工业应用。目前其脱硝效率可达90%以上，该方法是采用NH3作为还原剂，通过喷氨格栅进入烟道与烟气混合，进行氧化还原反应生成N2和H2O。通过使用合适的催化剂，反应温度可以降低到400℃以下，脱硝效率可高达90%以上。SCR法是目前工程上广泛使用的、可以用于固定源NOx治理的技术。其中反应（1）反应是标准SCR主反应，90%以上的NOx是NO气体；（2）反应是快速SCR反应，因为该反应较为迅速，NO、NO2同时参与反应；（3）反应是NO2-SCR反应。在无催化剂存在的条件下，SCR反应温度范围都非常狭窄（980℃左右），选择SCR催化剂能够降低反应活化能，降低反应温度，应用于实际电厂工况即290℃～430℃范围内。2SCR脱硝催化剂种类研发具有优良性能的催化剂是SCR脱硝技术的核心，因為催化剂的成本很高。目前市面上可见的SCR催化剂有成百上千种，包括低温、超低温、中温等。大体上可将这些催化剂分为以下4类：金属氧化物催化剂、碳基催化剂、贵金属催化剂和分子筛催化剂。2.1金属氧化物催化剂金属氧化物的催化能力来自于金属原子与氧原子之间连接的化学键，过渡金属不满的d轨道可接受电子或者电子对，形成配合物。许多过渡金属氧化物如：MoO3、ZrO2、MnO2、Fe2O3、V2O5等，都具有很好的SCR脱硝活性。村上[1]等学者专门研究了金属氧化物的而脱硝活性，得到了大致的活性顺序：CuO>Cr2O3>MoO3>ZnO>NiO，其中负载了CuO的催化剂的活性非常强，但是选择性较差，NH3易与O2反应，降低脱硝效率。在众多金属氧化物中，Al2O3由于表面具有大量的羟基而被研究者们看好，并做了大量研究。H.Hamada等[2]研究了添加Al2O3可以增强催化剂的脱硝性能，同时还发现负载Al2O3有助于提高催化剂的低温活性。进一步的研究表明，当水蒸气存在时，Ga2O3/Al2O3中添加SnO2可以进一步提高其催化活性，研究者认为，这种高活性来源于催化剂中的Ga-O-Al键。Xie等人[3]制备了CuO/Al2O3催化剂进行SCR反应，发现催化剂在200℃时的脱硝效率为80%，同时还进行了抗SO2实验，发现铜氧化物对烟气中的SO2非常敏感，活性下降十分明显。尉继英等[4]制备出SnO2-Al2O3复合氧化物催化剂，350℃时脱硝效率高达71%。研究者还发现，其最高NO转化率所对应的反应温度介于Al2O3与SnO2之间，且随SnO2含量的增大而逐渐降低。2.2碳基催化剂活性炭具有特殊的孔结构和较大的表面积，其实，活性炭本身对NO具有较大的吸附能力，具有一定的NH3-SCR脱硝活性，在固定源NOx的治理中，具有较高的应用价值，负载其上面最常见的活性物质是V2O5。Gracia-Bordeja等人[5]通过浸渍法制备了负载型的V2O5/AC催化剂并发现催化剂在250℃可以达到70%以上NO的去除率。有很多学者将活性炭用于低温SCR反应的研究中，中国科学院山西煤化学研究所的朱珍平等人[5]对V2O5/AC进行研究，并且在模拟烟气中加入了SO2，发现SO2能够明显提高其脱销活性，推测其原因可能是因为SO2与NH3发生反应生成硫酸铵盐，增加表面酸性位，从而提升了催化剂的催化活性。Tang等人[6]制备了MnO2/AC催化剂进行研究，发现200℃左右脱硝效率高达90%以上，加入Ce进行改性后，低温活性进一步提升。南开大学的沈伯雄等人[7]采用先预处理后负载的方法制备CeO2/ACF催化剂，当Ce的负载量为10wt.%时，催化剂在120℃～240℃的脱硝效率达到85%以上。2.3贵金属催化剂贵金属类催化剂是出现最早...