V2O5催化剂NH3-SCR脱硝机理研究综述.pdf

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1、2012年第5期能源技术与管理doi：10．39690．issn．1672-9943．2012．05．0o1．簪一一㈡囊曩专妻谵鍪乌绿毒j速≥一嚣蓦黯鬟一V2o5催化剂NH3一SCR脱硝机理研究综述庄沙丽，王学涛(河南科技大学车辆与动力工程学院，河南洛阳471003)[摘要]选择性催化还原法是应用最为广泛的一种脱硝技术，而vO／TiO催化剂是SCR系统中最常用的催化剂。综述了vO／TiO催化剂在NH为还原剂条件下的SCR脱硝反应机理，并阐述了以碳基为载体的低温Vo催化剂研究现状与催化机理。最终提出了Vo催化剂应在低温催化剂的研制、实际运行时的脱硝反应机理、表征方法的改进等方面进行深入研究的

2、发展方向。[关键词]选择性催化还原；v。O；碳基载体；反应机理[中图分类号]TQ426．94[文献标识码]A[文章编号]1672_9943(2012)050013弱，一般可以忽略不计，吸附态的NH与气相或O引言弱吸附态的NO在催化剂表面反应。因此，V0催选择性催化还原脱硝技术(以下称SCR技化剂SCR脱硝反应按照Eley—Rideal机理进行。术)是国际上应用最广泛、技术较为成熟的一种目前对Eley—RideM机理研究的争议主要集中在NO的脱除技术。SCR脱硝技术是在一定温度和NH，吸附在催化剂表面的何种酸I生位上。VO催催化剂的作用下，以NH，、尿素、H等作为还原剂，化剂表面同时存在Br

3、oested酸性位和Lewis酸性在氧气参与的条件下将烟气中NO有选择地还原位[。为无污染的N：和HO。SCR法的工艺设备紧凑、NH。吸附在VO催化剂表面B酸性位与L运行可靠，具有脱硝效率高、无二次污染的优点。酸性位上的结构示意图，如图1所示。目前工业应用的SCR催化剂主要是，HV20iO、V0一WOdTiO2等催化剂，这一类催化H、HH剂一般在250oC一350oC的反应温度条件下具有较高的脱硝效率。近年来，一些新型的炭材料(如l＼n尸／／9l活性炭、活性炭纤维和碳纳米管等)作为V：0催化剂载体，在小于200oC的低温条件下，表现出良好的选择催化还原NO能力。虽然对V20催化剂图1V20

4、5催化剂上吸附态的NH3结构示意图的脱硝机理有较多的研究，但是相关的综述性文Inomata等在纯钒氧化物催化剂上对SCR反章较少。在查阅大量文献的基础上，对VO催化应机理进行了研究口]，认为反应中NH吸附在B剂的NH一SCR脱硝机理研究进展进行了分析总酸l生中心上形成NH“活化络合物，又与气态NO结，并为今后的研究提出了方向。反应后生成N、H0和饱和酸性中心，而饱和酸性中心与O反应还原为B酸性中心和H0。认为1VO，1_iO类催化剂脱硝机理研究现状NH吸附在B酸性位的代表性理论是TopsCe等目前已经工业应用的钒类催化剂主要是提出的反应历程，他认为吸附在B酸性位上的V2OdTiO：、VO一

5、WOWTiO2TiO：等催化剂，研究者们一NH“脱氢形成一NH是SCR反应的关键，提出对这一类催化剂的SCR脱硝反应机理进行了大的催化循环如图2所示]。量研究，结果表明NO在催化剂表面的吸附非常由图2可以看出，Tops~e等提出的催化反应分为以下4个步骤：(1)NH首先在B酸l生位上吸附形成一NH“；基金项目：国家自然科学基金(50806020)；河南省科技杰(2)一NH“将其中的1个H转移到得到活化出青年计划(114100510010)2庄沙丽，等V20催化剂NH。一SCR脱硝机理研究综述2012年第5期形成一NH：，同时V=0变成V+-OH；再参与SCR反应，与NO形成中间产物，最终在

6、氧的作用下重新形成钒活性中心。NH的吸附位(3)气相的NO和一NH=反应合形成一NH；N0，存在分歧导致对SCR反应催化机理研究的差异，然后产生V4+_OH和另一中间产物；可能是由于催化剂的构成、反应温度等实验条件(4)该中间产物快速分解成N和HO，并形不同引起的。虽然对纯钒氧化物的SCR机理研究成VOH，V4+_OH在O的作用下重新氧化成较多，但仍需要考虑催化剂的不同构成、反应温V+-O度、实际烟气成分等因素，从而进一步深人研究VO的催化脱硝机理。2以碳基材料为载体的低温VO催化机剂研究现状N当前工业应用的SCR催化剂如V：OCTiO：和V2O5一WO~TiO等需要在350oC左右的温度

7、下使(a)Acid(b)Redox用，但是高温操作导致了操作成本和能耗增加。低图2Topsce等提出的SCR反应机理温SCR催化剂更容易和当前的工业锅炉匹配，因认为NH吸附在L酸性位中心的研究者大此低温SCR催化剂受到了广泛研究。近年来，研都支持“酰胺一氮化酰胺(NH一NHNO)”机理，该究者发现以活性炭fAC)、活性炭纤维(ACF)、碳纳机理的过程如图3所示。首先NH，吸附在L酸陛米管(CNTs)等碳基材料作为载体、V