但V2O5-WO3/TiO2催化剂的SCR操作温度窗口较窄(300~400 oC),而且V2O5- WO3/TiO2中的有毒物质(V2O5)热稳定性差,在使用过程中易挥发、脱落进入大气环境中,具有很大的生物毒性,并且会在生物体内进行积累。温度较高时V2O5-WO3/TiO2催化剂上还会生成大量温室气体N2O,使SCR反应的N2选择性下降[19]。同时,V在高温下还会促进SO2氧化成SO3进而腐蚀设备[20]。
因此,科研工作者一直致力于研发具有良好SCR活性、宽操作温度窗口、环境友好的新型催化剂以期能够替代传统的钒钛催化剂体系。目前研究较多的有Ce基、Fe基、Mn基和Cu基等金属氧化物催化剂[18,20,21]。其中CeO2/TiO2因表现出良好的SCR活性[22],同时可以避免V2O5- WO3/TiO2在实际运行中存在的缺陷而受到人们广泛的关注。我国稀土金属和过渡金属资源丰富,因此利用Ce等稀土金属来替代有毒组分V,开展中低温SCR催化工艺,实现燃煤烟气的低成本高效脱硝,是符合我国国情的催化工艺发展路线。
Ce有两种稳定氧化态(Ce3+和Ce4+),在两种氧化态之间的氧化还原循环使其具有良好的储氧能力[23],因此常被用作增强催化剂活性的添加剂[24]。Xu[25]等人发现,CeO2/TiO2催化剂在275~400 oC温度范围内具有良好的SCR活性(NOx转化率在95%以上),而且在H2O和SO2存在的条件下催化剂的活性也没有受到很大影响。同时,在整个温度范围中都没有检测到N2O的生成,说明CeO2/TiO2催化剂不仅具有良好SCR活性,还具有很高的N2选择性[26]。 N2O是一种无色、带有甜的气体,虽然N2O在大气中微量存在,对人体并没有明显毒性,但却是《京都议定书》规定的6种温室气体之一,对全球气候变暖贡献程度仅次于CO2和CH4。N2O在对流层中十分稳定,平均寿命甚至能达到150年。同等浓度下N2O的温室效应比CO2和CH4更强,吸收长波红外辐射后的N2O单分子增温潜势分别是CO2的310倍,CH4的21倍[27]。除此之外,N2O还会破坏臭氧层从而引起臭氧空洞,使人类和其他各类生物暴露在紫外线之中[28]。随着人们对环境问题的日益关注,减少N2O排放的相关研究工作逐渐开展,CeO2/TiO2催化剂也越来越受到人们的重视。
1.5 研究课题的目的和意义
由于具有良好的SCR活性和N2选择性,Ce基础催化剂有望取代V基催化剂成为商业脱硝催化剂。鉴于WO3在V基催化剂上的促进作用,研究人员考虑将WO3掺杂到Ce基催化剂上以期进一步促进Ce基催化剂的SCR活性并抑制其表面硫酸盐化作用。Chen等人[22]的研究报告指出,WO3掺杂可以显著提高CeO2/TiO2催化剂的SCR活性。为了更好地将WO3掺杂CeO2/TiO2催化剂应用到实际工业生产中,需要进一步探究WO3掺杂对CeO2/TiO2催化剂SCR活性的影响以及影响机制。但就目前而言,关于此类研究还比较少,因此本文从动力学角度深入探究WO3掺杂对CeO2/TiO2催化剂SCR活性的影响机制具有重大意义。 W掺杂对Ce/Ti催化剂NH3-SCR活性影响探究(3):http://www.751com.cn/huaxue/lunwen_20579.html