鐵鈰鈦復合氧化物的技術開發(fā)

煙氣SCR脫硝技術是指在催化劑的作用下，以NH3作為還原劑，有選擇性地與煙氣的氮氧化物反應，將其還原生成無毒無污染的N2和H2O，NH3不和煙氣中的O2反應。目前，釩鎢鈦系列催化劑是燃煤電廠SCR脫硝的主流催化劑，其脫硝溫度較高( 300~400℃），催化劑中釩組分易流失，對環(huán)境和人體造成傷害?！秶夜膭畹挠卸居泻υ?產(chǎn)品）替代品目錄》( 2016年版）對脫硝催化劑的研發(fā)指明了方向，引導企業(yè)持續(xù)開發(fā)、使用低毒低害和無毒無害原料，從源頭上削減或避免污染物的產(chǎn)生。因此，開發(fā)研究無毒、中低溫脫硝性能良好，脫硝窗口溫度寬、廉價的SCR脫硝催化劑具有重要的現(xiàn)實意義。

有關文獻資料研究表明，鐵基催化劑具有無毒、抗水、抗SO₂毒化能力強、脫硝成本低等優(yōu)點，是一種極具開發(fā)潛力的SCR脫硝催化劑；但也存在低溫時脫硝效率低、脫硝窗口溫度窄的缺點；氧化鈰是一種重要的稀土化合物，它能通過是Ce⁴⁺和Ce³⁺之間的氧化還原循環(huán)而具有較強的儲放循環(huán)氧的能力，低溫NH3選擇性催化還原氮氧化物的活性較高，也存在較高溫度下結構和穩(wěn)定性變差，導致其貯氧失氧的能力下降，在中溫（300~400℃）下脫硝的活性大幅降低的缺點；銳鈦型TiO2已成熟地用作釩鎢鈦系列脫硝催化劑的載體，具有在SCR反應條件下，TiO2表面僅存在微弱和可逆的硫酸鹽化反應，硫酸鹽在TiO2載體表面的穩(wěn)定性弱，且能提高活性組分在復合氧化物中的分散度的特點。根據(jù)以上三種氧化物的特性分析，我們選擇了合成以鐵氧化物為主，鈰、鈦氧化物摻雜改性的催化劑成分組合方案。

脫硝催化劑活性組分的制備方法有浸漬沉積負載法、溶膠凝膠法、共沉淀法等。由于合成鐵鈰鈦復合氧化物所用的無機鹽原料主要是各金屬元素對應的硫酸化合物，氯化物或硝酸化合物等。如選用浸漬沉積負載法、溶膠凝膠法時，在高溫焙燒環(huán)節(jié)會放出大量有毒有害氣體，給相應的尾氣處理回收帶來較大的困難，顯然此類合成方法在實驗室階段合成試驗尚可，如大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)時，尾氣處置的環(huán)保壓力很大，難于大規(guī)模的進行工業(yè)化推廣應用。共沉淀法制備脫硝催化劑的活性組分具有工藝簡單、條件溫和，生成的副鹽便于回收且有利用價值等優(yōu)勢，因此我們選擇共沉淀法作為合成鐵鈰鈦復合氧化物的工藝路線。

基于固體吸附性與氧化還原性能對催化劑SCR脫除氮氧化物活性的影響規(guī)律，即低溫下SCR活性主要受催化劑的氧化還原性影響，而高溫下的SCR活性主要受催化劑的表面酸性影響；確定了合成鐵鈰鈦復合氧化物前軀體時各成分所占的比例范圍。基于活性組分種類的物相(主要指XRD晶型）和孔隙結構、比表面積大小、元素價態(tài)等決定了催化劑SCR脫硝活性的理論研究基礎，綜合考慮鐵氧化物的物相形態(tài)及比表面積等受合成前驅(qū)體時的溶液中金屬離子濃度及二價鐵三價鐵離子相變規(guī)律、pH值等因素影響較大；同時兼顧到回收副鹽時溶液濃度不能太低，否則會造成蒸發(fā)結晶時能耗較高等實際情況；我們以FeSO4·7H2O、CeCl3·7H2O、銳鈦型TiO₂為主要原料，以NH₄HCO₃為堿性中和劑，采用均相氧化法，確定合適的工藝合成條件，合成出鐵鈰鈦復合氧化物的前驅(qū)體， 洗滌分離烘干后再經(jīng)一定溫度的焙燒處理，合成出了鐵鈰鈦復合氧化物活性組分。

對已合成的鐵鈰鈦復合氧化物進行部分物性指標及脫硝催化性能進行了測試，具體指標分數(shù)如下：

1.鐵鈰鈦復合氧化物的XRD圖譜：

顯示出各金屬元素間形成了良好的固溶體，晶形結構均呈無定型態(tài)存在。

2.鐵鈰鈦復合氧化物的比表面積及孔結構參數(shù)表：

3.鐵鈰鈦復合氧化物SCR脫硝催化劑活性檢測：

檢測條件：NO：800ppm，NH₃：850ppm，O₂：5%，H₂O：10%，空速：15000h-1

 注：1#樣品為實驗室合成的鐵鈰鈦復合氧化物脫硝催化劑活性曲線圖。

         2#樣品為對比樣品。 

4.鐵鈰鈦復合氧化物SCR脫硝催化劑性能抗SO₂中毒測試：

實驗條件：NOx：800ppm，NH₃:850ppm，H₂O:10%, SO₂:1000ppm，空速15000h^-1，溫度350℃，

綜上所述，鐵鈰鈦基催化劑具有無毒、抗SO₂和H₂O性能高，中低溫脫硝窗口溫度寬，使用成本低等特點，是一種具有工業(yè)化應用潛力的燃煤電廠SCR脫硝催化劑。