MoO3改性V2O5/TiO2 SCR催化剂的低温脱硝研究

马东祝 张玲

河北工业职业技术学院环境与化学工程系 河北 石家庄 050090

目前，选择性催化还原净化烟气氮氧化物商用催化剂以TiO2为载体，以V2O5为活性中心，反应温度为中温时具有较好的脱硝效果。燃煤锅炉通常按照温度梯度采用选择性催化还原（SCR）脱硝+除尘+脱硫的工艺布置，以节省运行费用，但SCR脱硝时存在同时氧化SO2为SO3，与喷入脱硝的NH3形成具有黏性的NH4HSO4，堵塞催化剂的孔道，使得催化剂的脱硝活性降低[1-3]。为了在提高低温活性的基础上，同时抑制SO2的氧化，同时为了适应河北省钢铁焦化行业企业全面超低排放改造需求，进行了MoO3改性V2O5/TiO2SCR催化剂的低温脱硝研究。

1 催化剂的制备

采用浸渍法制备，60℃去离子水在搅拌下依次加入偏钒酸铵、其他试剂、纳米TiO2，获得的黏稠物质经105 ℃烘干、450℃焙烧后，经冷却、碾磨、筛分，留取20～40目催化剂颗粒备用。

2 催化剂的表征和低温活性评价

BET表面积：由美国Micromeritics公司制造的Gemini V型微孔分析仪测定。

XRD：通过BRUKER D8 ADVANCE的X射线衍射仪测定相位。

NO分析仪：Thermo Fisher Scientific42i。

SO2分析仪：KANE KM9106。

催化剂的活性评价是在固定床反应器中进行的，评价脱硝效率和SO2的氧化率。试验模拟烟气条件：NO：500×10-6，NH3：500×10-6，O2：8%，SO2：100×10-6，N2：平衡气体，空速36000h-1。

实验室搭建的催化剂活性评价平台

脱硝效率和转化率计算：

式中，Ci为进口浓度，ppm；Co 为出口浓度，ppm。

3 结果与讨论

3.1 五氧化二钒含量实验

在MoO3含量不变的情况下，随着V2O5/MoO3-TiO2催化剂中V2O5负载量的增加，NO转化效率提高。在160～200℃下，随着V2O5负载量的增加，催化剂的脱硝活性明显提高。当温度高于200℃时，所有催化剂的脱硝效率均在80%以上。当温度达到260℃时，所有催化剂的脱硝效率均在90%以上，且差别很小。

SO2转化成SO3的转化率也随着V2O5含量的增加而增加。当V2O5含量小于或等于3%时，在160～260℃下，SO2的转化率小于1%。当V2O5含量大于等于5%时，SO2转化率大于1%。特别是当V2O5含量为6%时，260℃时SO2转化率达到2.87%。

结合图1和图2，V2O5含量的增加提高了催化剂的脱硝活性，降低了抗硫性。其中，含质量分数3%的V2O5催化剂具有良好的脱硝活性和抗硫性能。

图1 不同V2O5含量催化的对脱硝性能

图2 不同V2O5含量催化剂的抗硫性能

从XRD光谱中，只看到TiO2的特征衍射峰，并且TiO2的晶体结构仍然是锐钛矿型。未发现五氧化二钒的衍射峰。这是因为当V2O5的负载量较小时，V2O5在TiO2表面高度分散。V2O5呈单层分布，以单体钒氧化物和聚合钒氧化物的形式存在[4]。因此，没有晶体V2O5的衍射峰。

随着V2O5含量的增加，BET比表面积减小。这是因为添加的材料覆盖在TiO2表面。结合图3，6V2O5-5Mo3-TiO2的BET表面积最小，但其脱硝性能最好。这表明BET表面积不是决定催化剂性能的关键因素。

图3 不同V2O5含量催化剂的XRD

图4 不同V2O5含量催化剂的比表面积

3.2 MoO3 含量试验

在200℃以下，随着MoO3含量的增加，脱硝性能先升高后降低。在180℃时，NO转化率从45.4%（1%MoO3-3%V2O5-TiO2）提高到80%（6%MoO3-3%V2O5-TiO2），然后下降到63.0%（10%MoO3-3%V2O5-TiO2）。在220℃以上，随着MoO3含量的增加，脱硝性能没有明显变化。脱硝效率在80%以上，最高可达93%。

随着MoO3含量的增加，SO2转化率降低。同时，在低温条件下，它表现出良好的抗硫性能。当温度为160℃和180℃时，SO2转化率小于1%。结合图6，可以发现，它没有对脱硝效率产生影响。

从图5和图6可以看出，6MoO3-3V2O5-TiO2催化剂在脱硝效率和抗硫性方面具有良好的性能。当温度超过180℃时，脱硝效率可达80～93%。当温度低于200℃时，SO2的氧化速率小于1%。MoO3的加入改善了V2O5与TiO2的电子相互作用，从而提高了MoO3-V2O5-TiO2催化剂的抗硫性能[5]。

图5 不同MoO3含量催化剂的脱硝性能

图6 不同MoO3含量催化剂的抗硫性能

从图7中只能看到TiO2的特征衍射峰，并且TiO2的晶体结构仍然是锐钛矿型，未发现MoO3衍射峰。这是因为MoO3晶体没有形成，而V2O5晶体的衍射峰也没有出现。

图7 不同MoO3含量催化剂的XRD

图8 不同MoO3含量催化剂的比表面积

随着MoO3含量的增加，BET比表面积减小。这是因为添加的物质覆盖在MoO3表面。结合图5，可以发现它对脱硝效率没有影响。

4 结论

（1）随着V2O5含量的增加，催化剂的NO转化效率提高，但抗硫性降低。质量分数3%的V2O5催化剂具有良好的脱硝活性和抗硫性能。

（2）随着MO3含量的增加，催化剂的NO转化效率先升高后降低。SO2的转化效率总是降低。因此，MoO3的最佳质量分数应为6%。

（3） 6MoO3-3V2O5-TiO2催化剂具有良好的脱硝效率和抗硫性能。当温度高于180℃时，脱硝效率可达80%～93%。当温度低于200℃时，SO2的氧化率小于1%。