基于钛基层柱粘土的低温选择性催化还原烟气脱硝研究

烟气低温（90-150℃）SCR催化剂的研究目前还不成熟，成为该技术发展的瓶颈。申请人前期研究在钛改性炭纤维上负载MnOx-CeO2，得到高的催化活性和较强的抗毒性，但钛基与炭纤维附着力低，容易粉化。钛基层柱粘土是在层柱粘土中引入TiO2作为层间支柱，使钛基结合牢固，钛基层柱粘土成本低。借鉴国外钛基层柱粘土在中温催化剂上应用的研究成果，本项目拟深入开展钛基层柱粘土负载MnOx-CeO2的催化剂在低温SCR上应用的基础研究，内容包括：（1）钛基层柱粘土负载MnOx-CeO2催化剂的制备、表征和参数优化研究；（2）催化剂低温SCR特性研究，研究温度、NO/NH3比例、O2浓度、NO浓度等参数对SCR特性影响；（3）掺杂型催化剂对烟气中SO2、H2O、碱金属和碱土金属的抗毒能力；（4）催化剂的再生方法研究；（5）低温SCR反应模型研究。该研究将为其应用提供理论基础，具有重要科学意义和应用背景。

本项目开展了用钛、锆等层柱粘土上负载Mn和Mn-Ce的催化剂用于低温选择性催化还原烟气脱硝的研究。该研究为探讨一种廉价有效的低温SCR催化剂提供理论基础和科学依据。在催化剂的制备研究，考察了Mn负载量、煅烧温度、钛前驱物种类、Ti插层量等因素对脱硝效率的影响。研究了催化剂在不同烟气温度、氧含量、NH3/NO摩尔比、NO初浓度和空速下的性能，并考察了烟气中存在H2O和SO2对催化剂的影响。研究表明，Mn/Ti-PILC是一种高活性的低温SCR催化剂，该催化剂对于烟气中存在的H2O具有很高的耐受性，但对于烟气中存在的SO2具有一定的中毒特性。考察了钛、锆、铁、铝等不同的插层物对催化剂性能的影响，研究表明以钛、锆柱撑的催化剂表现出更加优越性能。采用了Ce、La、Bi、W、Cu和Sn对Mn的掺杂，研究发现，以Ce、La掺杂的催化剂活性优于其它元素掺杂的催化剂，并且在催化剂的抗硫性方面得到了较大的提高。在研究过程中，应用了BET、XRD、XPS、H2-TPR、NH3-TPD、FTIR和TGA等手段对催化剂比表面积、孔结构分布、晶体结构、催化剂表面的酸味点、催化剂的氧化还原特性和表面官能团等进行了微观揭示。. 在催化剂硫中毒的研究中，发现中毒后催化剂比表面积降低严重，并在350度的加热温度下基本还原，同时由FTIR和XPS观察到表面硫酸盐的存在，证实了低温SCR的硫中毒主要表现为硫氨化合物的覆盖。而热再生是一种有效的再生方法。在催化剂的碱和碱土中毒的研究中，发现碱和碱土均能使催化剂发生严重的中毒，通过微观分析得到中毒主要原因为：孔堵塞、表面酸量下降和氧化还原特性降低。评估了水洗再生、酸洗再生对催化剂活性的影响。研究表明，对于浓度较低的碱、碱土中毒催化剂，水洗再生比较有效，而对于较高浓度的中毒催化剂，必须考虑采用酸洗再生的方法。. 通过低温SCR催化剂微观反应机理的模拟研究，发现该催化剂SCR较好地符合E-R反应机理。建立起整体式的商业催化剂模拟，研究了催化剂各种运行特性、催化剂形态、催化剂壁厚等重要参数对SCR的影响。. 本项目共发表了37篇学术论文，其中SCI论文8篇，EI论文24篇。申请了发明专利4个。参与该项目已毕业的博士研究生3个，硕士研究生11个，在读的博士研究生6个，硕士研究生10个。项目取得很好的结果。