銅基脫硝催化劑的中毒與改良

銅基脫硝催化劑的中毒與改良摘要：銅基催化劑在中低溫脫硝領(lǐng)域中表現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。但極少有實(shí)際運(yùn)用。本文分析了各類因素對(duì)銅基脫硝催化劑的毒化機(jī)理。并總結(jié)部分催化劑改良方法，以期為開發(fā)具有實(shí)際應(yīng)用力量的脫硝催化劑供應(yīng)依據(jù)。1引言銅基催化劑在中低溫NH3-SCR脫硝反應(yīng)中具有良好的催化性能，但煙氣中的SO2、水蒸氣及重金屬等將會(huì)對(duì)銅基催化劑的催化性能有較大的影響，但在實(shí)際中，煙氣中將會(huì)不行避開地含有此類物質(zhì)，因此，提高催化劑抗毒化性是優(yōu)化催化劑催化性能的關(guān)鍵。2水蒸氣及二氧化硫（SO2）對(duì)銅基催化劑的毒化作用及催化劑改良煙氣中存在的水蒸氣在中低溫條件下對(duì)銅基脫硝催化劑活性有較強(qiáng)的抑制作用，一方面，水蒸氣在催化劑表面形成水膜，抑制反應(yīng)物的吸附，降低催化劑活性[1]；另一方面，有學(xué)者對(duì)NH3-SCR反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行討論，在中低溫條件下，反應(yīng)遵循L-H機(jī)理，H2O與NH3在催化劑表面競(jìng)爭(zhēng)吸附，降低催化劑活性，為可逆作用；水蒸氣在表面化學(xué)吸附，形成成羥基位點(diǎn)（-OH），降低活性酸位點(diǎn)數(shù)目，不行逆失活[2]。煙氣管道中存在的SO2是造成銅基催化劑失活的另一重要緣由。SO2對(duì)SCR脫硝催化劑的影響具有兩面性。低濃度的SO2可以增加催化劑的表面酸性，有利于催化反應(yīng)的進(jìn)行；但在低溫條件下，SO2會(huì)在O2及煙氣中水蒸氣的參加下，與還原劑或活性組分相互反應(yīng)，生成硫酸鹽，掩蓋活性位點(diǎn)甚至造成催化劑堵塞[3]。杜學(xué)森[4]探究了煙氣中存在的水蒸氣對(duì)于銅基催化劑活性的影響，試驗(yàn)現(xiàn)象表明，在低溫條件下，水蒸氣的存在對(duì)催化劑活性有抑制作用，但在高溫條件下，系統(tǒng)中水蒸氣的存在會(huì)增加催化劑的催化活性。與前人的討論結(jié)果相吻合。有討論表明，在催化劑中摻雜某些稀土金屬組分可以增加催化劑表面酸性位點(diǎn)的數(shù)目，提高催化劑的氧化還原力量，從而降低水蒸氣及SO2對(duì)催化劑的毒化作用[5]。Gao[6]等人對(duì)通過摻雜CuSO4對(duì)鈰基催化劑進(jìn)行改良，發(fā)覺，催化劑中Cu的摻雜增加了催化劑的抗硫抗水力量。Wang[7]等制備了金屬有機(jī)框架銅基脫硝催化劑，討論其性能，發(fā)覺Cu-MOF催化劑對(duì)于二氧化硫有較好的耐性，在170℃時(shí)，通入SO2，其NO脫除效率仍高達(dá)75%以上，性能顯著優(yōu)于目前市場(chǎng)上常見的釩鎢鈦商業(yè)脫硝催化劑。因此，為提高催化劑的抗硫抗水性能，可以考慮在催化劑中引入新的組分如稀土元素來增加催化劑的抗性，也可通過對(duì)催化劑自身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化來降低二氧化硫及水蒸氣對(duì)催化劑的毒化作用，此外，對(duì)于負(fù)載型銅基催化劑，載體改性也是一種有效的提高催化劑性能的措施。3金屬對(duì)銅基催化劑活性的影響的毒化作用及催化劑改良多數(shù)煙氣中存在多種金屬物質(zhì)，如K、Ca、Pb、As等，對(duì)于催化劑的催化脫硝性能有極大的毒化作用。某些金屬氧化物除了造成催化劑孔道堵塞從而削減催化劑酸性位點(diǎn)外，還會(huì)由于其堿性，造成催化劑酸性降低，與SO2反應(yīng)生成硫酸鹽，降低催化劑活性位點(diǎn)數(shù)目，導(dǎo)致催化劑中毒[1]。楊文志[13]等討論了K2O對(duì)銅鋁基催化劑催化的的毒化作用，并通過添加助劑對(duì)催化劑性能進(jìn)行改進(jìn)，討論結(jié)果表明，K2O對(duì)催化劑的毒化作用隨K2O含量的增加而增加，同時(shí)，CeO2助劑的添加能夠部分抵消K2O對(duì)催化劑的毒化作用。如今對(duì)于如何降低煙氣中金屬物種對(duì)銅基脫硝催化劑的毒化作用的討論尚不成熟，需要進(jìn)一步討論。4結(jié)語綜上所述，銅基催化劑在中低溫脫硝領(lǐng)域中具有精彩的應(yīng)用潛力，但是其抗水抗硫性以及煙氣管道內(nèi)存在的各類雜質(zhì)，如酸性氣體，金屬及金屬鹽類對(duì)催化劑有著劇烈的毒化作用，以及催化劑在應(yīng)用中的常見問題如塵粒，催化劑磨損等對(duì)催化劑活性及使用壽命的消極影