选择性催化还原（SCR）催化剂

选择性催化还原( scr)催化剂

选择性催化还原就是在固体催化剂存在下,利用各种还原性气体如h2、co、烃类、nh3和no反应使之转化为n2气的方法。以nh3做还原剂时,金属氧化物(如v2o5、mno2等)是Zui常用的scr工业催化剂。钟秦,曲红霞等在实验室内将nh4vo3 + tio2均匀混合后加入磷酸制得催化剂,在固定床上研究了各因素对催化性能的影响,结果表明,在200℃～400℃范围内,nh3催化还原no为n2和h2o ,无n2o产生;温度对no的脱除有较大影响, 200℃～310℃时,随反应温度升高,no脱除率升高,310℃时达到Zui大值(90 %) ,随后又下降;催化剂中v2o5的含量升高,催化性能增强,但v2o5的质量分数超过6. 6 %后,由于v2o5在载体tio2上形成新的晶区,催化性能反而下降。

为提高氮氧化物的转化率,通常在反应中加入过量的nh3 ,但金属氧化物催化剂不能将过量的氨氧化为氮气而造成氨的泄漏。在温度波动的情况下,金属氧化物催化剂又可能将氨氧化成氮氧化物,从而降低scr的脱氮效率。为解决这一问题,提出了几种取代的催化剂。1975年wjndhorst and lunsfo id发现钻离子与分子筛的络合物具有高的scr活性,以后各种金属离子交换的分子筛催化剂被用于scr反应。依藤等将ce负载于丝光沸石和zsm - 5上,发现催化剂不仅在250～560℃范围内有高scr活性,且由于ce的引入,过量的氨可以完全被氧化为氮气。梁斌等研究了ce/β分子筛催化剂的性质,发现该催化剂具有高scr催化活性的原因是由于ce离子的引入提高了催化剂固相与氧的交换能力,从而加快了催化剂上活化位的再生速率所致。其还原机理为no首先在催化剂的氧化活性位上吸附生成no2吸附态,再与吸附的氨反应生成氮气。为解决烟气重新加热问题, held , w konig和iwamoto m研究出低温(100～150℃) scr技术。该技术采用沸石和活性炭作催化剂,要求烟气在进入scr前应完全除掉so2 ,否则so2脱除时产生的(nh4) 2so4会堵塞反应器和催化床。

用氨催化还原no脱氮效率高,但这种催化方法用的nh3价格相当贵,而且存在氨泄漏的危险。由此各种替代还原剂和催化剂应运而生。ben w l j ang指出,在低温(150℃)和有氧、水蒸气存在时,烃类是选择性催化还原no中Zui有效的还原剂,相应的催化剂为活性炭和以活性炭为载体的过渡金属氧化物,通过测试4种过渡金属氧化物在4种不同活性炭载体上的催化活性,发现以尼龙为母体得到的活性炭( pcb)为载体的5 %cu - 2 %ag的催化活性Zui高;各种烃类还原剂中丙酮的还原能力Zui强,但该催化剂会在0. 1 % so2存在下中毒。xie等人报道,在ba/ mgo催化剂上可用甲烷催化还原no。c marquez ,alvarze研究了在有氧和无氧情况下,以co作还原剂,以铜作催化剂选择性催化还原no的技术,发现以碳作载体的铜催化性能高于以金属氧化物作载体的铜。这一特性与含碳物质可以稳定铜、使之保持金属态有关。在一定的反应温度和时间下,以活性炭为载体的铜催化剂的催化效率与它的多孔结构和表面功能组相关。在过量氧存在下,由于催化剂的氧化使铜催化还原no的作用被抑制,但当还原性气氛恢复后,催化剂的活性也恢复。

多种金催化剂均显示出很高的催化丙烯还原no的能力,在所有试验中,0. 1 %～0. 2 %的au/ a12o3在700 k左右,显示了Zui高的no转化生成n2的能力,转化率接近70 % ,同时很少生成n2o。在较低的温度下,au/ zno显示出较好的活性,在523 k下,Zui大转化率达到25 %。经程序升温脱附( tpd)试验结果分析,au/ a12o3催化no还原,首先经历的是no与o2反应生成no2 ,该步骤是慢反应,然后与丙烯反应生成n2。有o2和h2o存在下,负载型金催化剂的活性不仅没有被抑制,而且还得到了加强。具体原因目前还不十分的清楚,但水蒸气的存在不会加速no氧化生成no2的反应速度。在au/ a12o3催化剂中掺杂mn2o3 ,可以加快no2的生成速率,从而在相当宽的温度范围内明显地改善no还原成n2的转化率,在623～723 k内, no生成n2的转化率几乎接近100 % ,而且没有有害的副产物n2o产生。负载于α- fe2o3和nifeo4上的金催化剂,可以在373 k以下,甚至在室温下,催化co还原no的反应,主要产物是n2。由于从机动车辆排出的尾气温度低于423 k,因而负载型金催化剂的低温活性是很吸引人的。另外,将金负载在沸石zsm —5和nay上制备的au (ⅰ) / zsm —5和au/ nay催化剂,也显示出很好的低温催化co还原no的活性。