SCR脫硝催化劑的制備方法

楊佳 李平 王姝(重慶市環(huán)境工程評估中心,重慶 401121）

以氨（或尿素）為還原劑的選擇性催化還原（selective cata?lytical reduction,SCR）脫硝技術(shù)是目前脫硝效率最高、最成熟、應(yīng)用最廣泛的脫銷技術(shù)［1-3］，而開發(fā)高性能的SCR脫硝催化劑是該技術(shù)的關(guān)鍵性問題。普遍使用的商用SCR催化劑體系為釩系催化劑［4］，如V2O5/TiO2,V2O5-WO3/TiO2，其中商業(yè)催化劑以TiO2為載體的V2O5-WO3/TiO2催化劑最為常用。SCR催化劑的制備方法對其性能有著至關(guān)重要的影響，有關(guān)研究目前已有大量報(bào)道，本文綜述了近年來制備SCR脫硝催化劑的主要方法，包括浸漬法、共沉淀法、離子交換法、混合法。

1 浸漬法

浸漬法是制備SCR催化劑最主要的方法之一，該方法是將一種或幾種活性組分通過濕法浸漬或干法浸漬負(fù)載在載體上，然后除去過剩的溶液，經(jīng)干燥煅燒和活化制得催化劑［5］。浸漬時(shí)間、浸漬液濃度、浸漬前載體的狀態(tài)等都會對浸漬效果產(chǎn)生影響，從而影響催化劑的性能。通過優(yōu)化這些條件，改善活性組分在載體上的分散性，可以提高催化劑性能。目前，浸漬法主要分為一步浸漬法和多步浸漬法。呂剛等人［6］在不同制備工藝對SCR催化劑理化及其催化性能的研究中，分別采用多步浸漬法和一步浸漬法制備V2O5-WO3-TiO2載體型催化劑，研究結(jié)果表明，多步浸漬法較一步浸漬法在催化劑的理化特性和催化性能上存在明顯的優(yōu)勢，其浸漬效果好，晶形穩(wěn)定，催化劑具有較高的SCR催化活性，且高活性溫度窗口較寬。

2 共沉淀法

共沉淀法是借助于沉淀劑與兩種以上金屬鹽溶液作用，經(jīng)共同沉淀后制得固體產(chǎn)品，它一次可以使幾個(gè)組分同時(shí)沉淀，而且各組分之間的分布也比較均勻［5］。共沉淀法主要用于制備低溫NH3-SCR脫硝催化劑。吳碧君等人［7］采用共沉淀沉積法制備了Mn-Fe/TiO2NH3選擇性催化還原(SCR)N0催化劑，制備的催化劑具有較高的催化活性，80℃時(shí)N0x轉(zhuǎn)達(dá)化率達(dá)92.5%。黃海鳳等人［8］在制備及其選擇性催化還原脫硝活性研究中，分別采用浸漬法、沉積法以及共沉淀法制備了MnOx/TiO2催化劑，發(fā)現(xiàn)以共沉淀法制備的MnOx/TiO2催化劑具有最大的比表面積、孔體積和總酸量,孔徑分布最集中,MnOx可以在TiO2表面高度分散，脫銷效率最好。張之浩等人［9］考察了不同催化劑制備方法對Cu-Mn/TiO2催化劑低溫選擇性催化還原NOx活性的影響。采用共沉淀法制備了Cu-Mn/TiO2催化劑，該制備過程是將TiO2、Mn(NO3)2和 Cu(NO3)2溶于水中，再將(NH4)2CO3飽和溶液滴入上述混合溶液中，攪拌，直至pH為8-9，老化2h后抽濾后在120℃下干燥12h，于500℃下焙燒3h制得Cu-Mn/TiO2催化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明共沉淀法制備的Cu-Mn/TiO2催化劑的催化性能好于浸漬法。該方法與常用的浸漬法相比，催化劑整體一次成型，工藝簡單，活性組分在載體中分布比較均勻，磨損對催化劑活性影響很小。該方法特別適合大量生產(chǎn)，因此，絕大多數(shù)電廠實(shí)用催化劑都采用混合法。

3 離子交換法

離子交換法是利用載體表面存在著可進(jìn)行交換的離子，將活性組分通過離子交換負(fù)載在載體上。一般用于分子篩催化劑的制備，工藝較復(fù)雜，成本較高［5］。劉于英等人［10］采用離子交換法制備了Co/H-ZSM-5催化劑用于考察富氧條件下硅鋁比、Co負(fù)載量、空速、O2濃度及酸位對催化劑選擇催化還原活性的影響。徐曉玲等人［11］在鈷鋁復(fù)合氧化物負(fù)載金催化劑的制備及催化分解N2O的研究中發(fā)現(xiàn)離子交換法制備的催化劑活性優(yōu)于共沉淀法制備的催化劑。陳樹偉等人［12］在研究富氧條件下Mn/ZSM-5選擇催化CH4還原NO中，以Na-ZSM-5為載體,分別采用離子交換法和浸漬法制備Mn/ZSM-5催化劑，結(jié)果表明離子交換法制備的Mn/ZSM-5催化劑活性明顯優(yōu)于浸漬法制備的催化劑。離子交換法與浸漬法相比，它所載的活性組分的分散度高，而且能將小至0.5-3nm微晶直徑的貴金屬離子負(fù)載在載體上，而且分布均勻。

4 混合法

混合法是將兩種或兩種以上活性組分經(jīng)機(jī)械混合后再經(jīng)干燥、焙燒、還原等操作制備催化劑的一種方法。催化劑整體一次成型，工藝簡單，活性組分在載體中分布比較均勻，磨損對催化劑活性影響很小，特別適合大量生產(chǎn)［13］。李哲等人［14］用離子擴(kuò)散法、浸漬法、物理混合法及合成法制備了四種Mo/ZSM-5樣品，并以NH3為還原劑，考察了它們的NO的選擇性催化還原反應(yīng)性能,結(jié)果表明離子擴(kuò)散法制得的樣品對NO還原反應(yīng)的催化活性最高。

5 結(jié)語

目前煙氣脫銷SCR技術(shù)在國外的燃煤電站中有著十分廣泛的應(yīng)用，在國內(nèi)已安裝運(yùn)行的SCR脫硝工程催化劑的制備生產(chǎn)線幾乎全部依賴進(jìn)口，催化劑的制備方法和工藝是一個(gè)限制因素。目前開發(fā)的SCR催化劑制備方法各有優(yōu)勢和缺點(diǎn)，因此，有待進(jìn)一步深入以及更廣范地研究催化劑的制備方法、工藝，使制備出的催化劑脫硝性能高且經(jīng)濟(jì)，以滿足國內(nèi)工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

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