元素掺杂对VW/Ti基SCR催化剂宽温脱硝及抗硫性能的影响与反应机理研究OA

【目的】在燃煤机组深度调峰和灵活性运行需求不断增强的背景下,为解决烟气脱硝系统低负荷工况下烟温降低,传统V_(2)O_(5)-WO_(3)/TiO_(2)(VW/Ti)基选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)催化剂活性衰减的问题。【方法】本研究围绕提升SCR催化剂的宽温脱硝能力与抗硫性能展开,通过浸渍法引入不同过渡金属元素对催化剂进行掺杂改性,系统探究了不同掺杂元素及其掺杂比例对性能的影响,并结合多种表征手段,从结构特征、表面酸性、氧化还原性能及反应机理等方面进行了深入分析。【结果】研究表明,Nb、Sb、Ce、Nd掺杂均能显著提升催化剂在160~240℃低温区的脱硝活性,其中Ce掺杂效果最为显著,而Ho和Sm掺杂后性能反而下降。V_(2)O_(5)-WO_(3)-5CeO_(2)/TiO_(2)(VW5Ce/Ti)催化剂高效脱硝温度窗口拓宽至220~400℃,能够更好地适应燃煤电厂深度调峰运行条件。在含H2O和SO_(2)的模拟烟气条件下,VW5Ce/Ti催化剂活性衰减幅度明显低于未掺杂的VW/Ti催化剂,表现出优异的抗水抗硫性能。通过X射线衍射、比表面积分析、氢气程序升温还原、氨气程序升温脱附及原位红外光谱(diffuse reflectance infrared fourier transform spectroscopy,DRIFTS)等表征手段分析发现,Ce掺杂未明显改变TiO_(2)载体晶型结构,但增加了催化剂表面酸性位点数量并提升氧化还原能力,促进了NH3与NOx的吸附与反应。原位DRIFTS实验进一步证实,VW5Ce/Ti催化剂表面同时存在Lewis酸和Brønsted酸位点,反应遵循L-H和E-R机理。【结论】Ce掺杂是一种提升VW/Ti基SCR催化剂宽温脱硝性能和抗硫稳定性的有效途径,本研究可为燃煤电厂在深度调峰和超低排放条件下SCR催化剂的优化设计与工程应用提供理论依据和技术参考。