1、第 43 卷第 3 期2023 年 3 月Vol.43，No.3Mar.，2023环境科学学报Acta Scientiae Circumstantiae萘在选择性催化还原脱硝系统内的转化机制江博琼1，2，3，陈孜颖1，刘牵牵1，花浩1，周晨航1，徐婷婷1，唐秀娟1，韩竞一1，3，孙玉海1，2，3，*1.浙江工商大学，环境科学与工程学院，杭州 3100182.浙江工商大学分析测试中心，杭州 3100183.浙江省固体废物处理与资源化重点实验室，杭州 310012摘要：萘是燃煤烟气中多环芳烃（PAHs）的主要成分，在经过选择性催化还原（SCR）脱硝系统时能被部分降解，但在脱硝烟气组分影响下难以彻底
2、降解为COx.不仅如此，部分萘会聚合生成高毒性PAHs.基于此，本文研究了脱硝烟气组分对V2O5-WO3/TiO2催化萘降解性能的影响.结果表明：不含烟气组分时，萘经过1，4-萘醌、邻苯二甲酸酐和马来酸酐等中间产物降解为COx，其中酸酐（邻苯二甲酸酐和马来酸酐）是COx生成的重要中间体.除此之外，酸酐生成过程中不可避免的会生成乙炔基，该物质与萘结合生成更高分子量的菲和蒽，导致PAHs总选择性较高（0.24%）.而在烟气（NO+NH3）条件下，NH3会与萘作用生成含N副产物，极大抑制酸酐生成，使COx选择性从38.9%下降至22.5%.同时，伴随酸酐生成的乙炔基大幅降低，使PAHs总选择性从0.
3、24%下降至0.03%.因此同步实现酸酐和乙炔基的彻底降解是萘高效去除的关键.关键词：多环芳烃；萘；选择性催化还原；降解文章编号：0253-2468（2023）03-0427-11 中图分类号：X701 文献标识码：AConversion mechanism of naphthalene in selective catalytic reduction DeNOx systemJIANG Boqiong1，2，3，CHEN Ziying1，LIU Qianqian1，HUA Hao1，ZHOU Chenhang1，XU Tingting1，TANG Xiujuan1，HAN Jingyi1，3
4、，SUN Yuhai1，2，3，*1.School of Environmental Science and Technology，Zhejiang Gongshang University，Hangzhou 3100182.Instrumental Analysis Center of Zhejiang Gongshang University，Hangzhou 3100183.Zhejiang Province Key Laboratory of Solid Waste Treatment and Recycling，Hangzhou 310012Abstract：Naphthalene（
5、Nap）is the majority component of polycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs）in coal-fired flue gas，which can be partially degraded in the selective catalytic reduction（SCR）DeNOx system.However，most of Nap cannot be degraded into COx affected by the flue gas components in the DeNOx system.In addition，part
6、 of the Nap polymerizes to PAHs with higher toxicity.Based on this，this paper focuses on the effect of DeNOx flue gas components on the conversion of Nap over DeNOx catalyst（V2O5-WO3/TiO2）.The results showed that，in the absence of DeNOx flue gas components，Nap was degraded to COx through intermediat
7、es in the following order：1，4-naphthoquinone，phthalic anhydride，maleic anhydride，and then COx.Acid anhydride（Phthalic anhydride and maleic anhydride）was found to be the key intermediate for COx production.Besides，the process of acid anhydride generation inevitably generated acetylene groups，which co
8、mbine with Nap to form higher molecular weight phenanthrene and anthracene，resulting in higher total selectivity of PAHs（0.24%）.With NO and NH3 existing，NH3 would interact with Nap to generate N-containing by-products，which greatly inhibited the generation of anhydride and reduced the COx selectivit
9、y from 38.9%to 22.5%.While the yield of ethynyl groups reduced accompanied by anhydride decreasing，the total PAHs selectivity decreased from 0.24%to 0.03%.Thus，the complete degradation of acid anhydride and ethynyl groups simultaneously was the key to the efficient abatement of Nap.Keywords：polycycl
10、ic aromatic hydrocarbons；naphthalene；selective catalytic reduction；degradationDOI：10.13671/j.hjkxxb.2022.0293江博琼，陈孜颖，刘牵牵，等.2023.萘在选择性催化还原脱硝系统内的转化机制 J.环境科学学报，43（3）：427-437JIANG Boqiong，CHEN Ziying，LIU Qianqian，et al.2023.Conversion mechanism of naphthalene in selective catalytic reduction DeNOx syste
11、m J.Acta Scientiae Circumstantiae，43（3）：427-437收稿日期：2022-06-19 修回日期：2022-08-19 录用日期：2022-08-22基金项目：国家自然科学基金（No.52270109）；浙江省重点研发项目子课题（No.2023C03127）作者简介：江博琼（1981），女，E-mail：ring_；*责任作者，E-mail：环境科学学报43 卷1引言（Introduction）燃料的不完全燃烧、石油裂解、机动车尾气和煤炭燃烧等（Wang et al.，2020）均会造成多环芳烃（PAHs）的排放.燃煤电厂也是PAHs的主要排放源，据报道，
12、一座燃煤电厂一年的PAHs总排放量约为1.183.42 t（Yin et al.，2013；Wan，et al.，2021）.鉴于PAHs的“三致”性和对人体建康具有潜在危害，对燃煤电厂PAHs的去除亟待解决.燃煤电厂烟气净化装置中的选择性催化还原（SCR）脱硝过程，由于同时具备较高的温度和高活性的V2O5-WO3/TiO2催化剂，能在高效脱硝的同时去除烟气中的有机物（Ma et al.，2022），因此SCR系统被认为具有去除PAHs的潜在能力.然而已有的研究表明，脱硝烟气组分（NO和NH3）和芳环有机物的共存会同时影响脱硝和有机物去除效率：V2O5-WO3/TiO2用于去除氯苯时，形成的N
13、H4Cl会导致脱硝效率下降（Jiang et al.，2019）；V2O5-MoO3（WO3）/TiO2用于去除甲苯时，NH3会与甲苯反应生成苯甲腈等含N副产物，阻止苯甲酸的生成以及苯环的开环，严重降低产物对COx的选择性，无法彻底降解（Xiao et al.，2022）；此外，根据Hsu等（2016）对燃煤电厂烟气监测的结果，有机物在SCR系统中转化后还会产生高分子量的PAHs，从而导致烟气的毒性当量增加.由此可见，脱硝烟气组分与有机物的共存会阻碍脱硝反应和有机物的去除，同时还会产生其他副产物、增加烟气的风险.萘是燃煤电厂烟气中PAHs的主要成分（陆胜勇，2002；Li et al.，201
14、8；Wu et al.，2021）.烟气中萘的含量约为16105.3 mgm-（Lu et al.，2009；Lin et al.，2011）.在SCR脱硝系统中萘的转化率可达50%75%（Weber et al.，1999；Hsu et al.，2016）.但脱硝烟气组分在萘转化过程中是否会带来同样的消极作用仍然未知，因此研究其对萘转化路径的影响，以及对产物的作用机制，具有重要的意义.针对目前研究的不足，本文考察了脱硝烟气的典型组分NO和NH3对萘转化过程的影响.通过分析反应产物和表面基团明确NO和NH3对萘在SCR脱硝系统内转化后反应路径和产物选择性的作用.2材料与方法（Materials
15、 and methods）2.1催化剂活性测试本文使用的商用V2O5-WO3/TiO2催化剂由浙江天地环保科技有限公司提供.每次实验使用2 mL催化剂，在500 煅烧2 h后研磨过筛至60100目.气体总流量为1 Lmin-1，空速（GHSV）为30000 h-1.模拟烟气组分包括萘（56 mgm-）、O2（83 gm-）、H2O（16 gm-）、NO（296 mgm-）、NH3（522 mgm-），N2作为平衡气体.气态NO和NH3由杭州今工特种气体有限公司提供的NO/N2和NH3/N2混合标气气瓶供给.气态萘由N2在40 下鼓泡固体萘获得，气态H2O由N2在60.3 下鼓泡蒸馏水获得.在反
16、应开始前，持续鼓泡萘2 h并同步检测萘浓度，待浓度稳定后开始反应.反应温度为350，反应前将反应器和管路预先热至110 避免萘的沉积，通入模拟烟气组分，直至反应器进出口浓度一致.将管式炉升温至350 并保持温度至反应平衡，开始产物分析实验.实验装置示意图如图1所示.图 1实验装置示意图Fig.1The diagram of experimental setup4283 期江博琼等：萘在选择性催化还原脱硝系统内的转化机制2.2产物分析2.2.1萘、COx和NO浓度分析反应前后萘和COx的浓度由配备两个氢火焰离子化检测器（FID）的气相色谱（GC9790，福立，中国）测量，GC烘箱温度为100，进样口温度为200，FID 温度为250，辅助炉温度为360.NO的进出口浓度利用烟气分析仪（Testo 350，TESTO，德国）测量.每个实验重复3次.萘（XNap）和NO（XNO）的转化率以及CO（SCO）和CO2（SCO2）的选择性由式（1）（4）计算.XNap=Napin Vin-Napout VoutNapin Vin 100%（1）XNO=NOin Vin-NOout VoutNOin
