1、-10-第3期2023年6月No.3June，2023MgO改性MoO3-V2O5-TiO2SCR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）摘 要：采用浸渍法制备了低温脱氮的Mg-Mo-V-Ti催化剂。为了研究催化剂的活性，将其置于固定床反应器中，用钢瓶气体模拟工业烟气的组分及浓度。结果表明，0.1%的氧化镁催化剂具有良好的脱硝活性和抗硫性能。研究了0.1MgO-6MoO3-3V2O5-TiO2 wt%催化剂活性的工艺条件：（1）当氧质量分数小于8.0%时，随着氧质量分数增加，脱硝效率提高，当氧质量分数大于8.0%时，脱硝效率几乎相
2、同；（2）脱硝效率随着空速的增大而降低；（3）随着温度的升高，催化剂的脱硝效率先升高后趋于稳定，当反应温度高于180 时，脱硝性能可达94.3%，在120240，SO2的转化率小于0.3%。关键词：MgO-MoO3-V2O5-TiO2；低温脱硝；工艺条件炼焦工业是河北省的四大产业之一。焦化行业排放的含氮氧化物烟气温度低于300，中温选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）催化剂的应用达不到排放标准。随着氮氧化物排放的法规和标准越来越严格，低温高效SCR催化剂的研究具有较高的市场价值和环境效益。1 催化剂的制备为了获得活性物质均匀分布的催化剂，采用浸
3、渍法，将草酸溶于60 去离子水中搅拌至完全溶解后，加入偏钒酸铵继续搅拌至全部溶解，加入其他试剂继续搅拌均匀直至全部溶解；将纳米TiO2加入溶液搅拌均匀至黏稠；将黏稠物放在瓷舟中，在烘箱中105 烘干后，放入马弗炉中，程序升温到450 焙烧，得到的催化剂经冷却、碾磨、筛分，留取2040目备用1-2。2 催化剂的低温活性评价催化剂的低温活性评价平台如图1所示。图1催化剂的低温活性评价平台实时测定固定床反应器前后NOx的浓度和SO2的浓度，评价脱硝效率和SO2转化率：（1）式中：i和o分别为进、出口质量分数，数量级为10-6。3 催化剂的表征测试用美国热电42i分析仪检测NOx、英国凯恩烟气分析仪K
4、M9106检测SO2、布鲁克D8 X射线衍射仪测定催化剂中物质的晶体结构、美国麦克公司Gemini V型微孔分析仪测定BET比表面积。4 结果与讨论4.1 MgO含量实验E-R和L-H催化机理表明，反应气体首先吸附在催化剂表面。许多研究表明，NH3首先吸附在B酸中心，然后形成中间NH4+，与NO反应生成N2和H2O3-4。催化剂的表面酸性是影响SCR催化剂脱除NOx和SO2氧化活性的关键。实验研究发现，6MoO3-3V2O5-TiO2 wt%催化剂在低温下具有良好的反应性能。因此，采用MgO改性6MoO3-3V2O5-TiO2 wt%催化剂的表面酸性。实验条件：50010-6 NO，50010
5、-6 NH3，8.0%O2，10010-6 SO2，N2为平衡气体，空速为36 000 h-1。实验结果如图2和图3所示。由图2可知，随着MgO加入量的增加，催化剂的脱硝性能先提高后降低，且只有0.1MgO-6MoO3-3V2O5-TiO2 wt%催化剂的脱硝活性高于6MoO3-3V2O5-TiO2 wt%催化剂，其他催化剂的SCR脱硝活性较低。这可能是因为MgO的基金项目：河北工业技术学院博士自然科学基金项目（BSZ201401）；河北省钢铁焦化企业污染治理技术创新中心（SG2020220）作者简介：马东祝（1978），男，河北唐山人，副教授，博士；研究方向：环境工程。现代盐化工Modern
6、 Salt and Chemical Industry-11-第3期2023年6月No.3June，2023加入影响了NH3在催化剂酸性中心的吸附性能。随着温度的升高，催化剂的活性在200 后增速减缓并趋于稳定。0.1MgO-6MoO3-3V2O5-TiO2 wt%催化剂的脱硝效率在120 时为40.5%，200 时达到了97.0%。由图3可知，所有添加MgO的催化剂抗硫性能均优于6MoO3-3V2O5-TiO2 wt%催化剂。随着MgO加入量的增加，SO2的氧化作用增强，抗硫性降低。0.1MgO-6MoO3-3V2O5-TiO2催化剂的抗硫性能最好。120 时SO2转化率仅为0.06%，20
7、0 时为0.20%。结合图2和图3可以看出，0.1%的MgO催化剂具有良好的脱硝活性和抗硫性能。助催剂没有活性或活性不大，但能有效地提高催化剂的活性。MgO作为助催剂加入占据了催化剂的活性中心，二氧化硫的吸附受到抑制。当MgO掺杂比例过高时，过量的MgO会覆盖催化剂的部分活性中心，导致脱硝效率降低。图2不同MgO加入量催化剂的脱硝性能图3不同MgO加入量催化剂的抗硫性能锐钛矿型TiO2的典型衍射峰为2=25.55、37.15、48.35、54.15、55.35。从图4可以看出，它们的形貌是相似的，因此晶体结构是相似的。只能看到TiO2的特征衍射峰，其晶体结构仍然是锐钛矿型，未发现其他物质的衍射
8、峰。因此，浸渍法可以使MgO在催化剂表面均匀分散，焙烧后载体TiO2的晶型结构也未改变。图4不同MgO加入量催化剂的X射线衍射谱图由图5可知，随着MgO加入量的增加，BET比表面积不断减小，从6MoO3-3V2O5-TiO2 wt%的65.5 m2/g降到 0.5MgO-6MoO3-3V2O5-TiO2 wt%的61.3 m2/g。可见，在6MoO3-3V2O5-TiO2 wt%催化剂中添加少量MgO对催化剂的BET比表面积影响不大，不会显著降低催化剂的吸附性能。图5不同MgO加入量催化剂的比表面积4.2 工艺条件实验对抗硫性能最好的催化剂0.1MgO-6MoO3-3V2O5-TiO2 wt%
9、进行工艺条件研究，以期为工业应用提供参考。4.2.1 O2质量分数实验模拟烟气条件：50010-6 NO，50010-6 NH3，8.0%O2，10010-6 SO2，N2为平衡气体，空速为36 000 h-1。实验结果如图6所示。现代盐化工 专论与综述-12-第3期2023年6月No.3June，2023图6不同O2质量分数对脱硝性能的影响由图6可知，当O2质量分数小于8.0%时，随着O2质量分数的提高，催化剂的脱硝性能逐渐提高。当O2质量分数大于8.0%时，催化剂的脱硝性能基本相同；在200 下，当O2质量分数分别为4.0%、6.0%、8.0%时，脱硝性能分别为88.7%、93.6%、96
10、.8%。工业烟气中的O2质量分数在4.0%15.0%。因此，在工业应用中，O2质量分数对SCR脱氮影响不大。4.2.2 空速空速是影响催化剂去除效率的重要因素之一，决定了反应是否完全，还影响催化剂的侵蚀和烟气的阻力损失。为了节约工业用催化剂的成本，研究了空速对催化剂脱硝性能的影响。实验模拟烟气条件：50010-6 NO，50010-6 NH3，8.0%O2，10010-6 SO2，N2为平衡气体，空速为10 00060 000 h-1。实验结果如图7所示。图7不同空速对脱硝性能的影响由图7可知，随着空速的增大，脱硝性能逐渐降低。原因是空速增大导致停留时间缩短，不利于反应气体在催化剂的微孔中扩散
11、、吸附，反应进行以及产物气体的解吸和扩散，导致催化剂脱硝效率降低。当空速小于30 000 h-1时，0.1MgO-6MoO3-3V2O5-TiO2 wt%催化剂具有良好的脱硝性能。当温度为160、空速为30 000 h-1时，NO的转化效率可达89.5%。4.2.3 温度反应温度是影响SCR催化剂脱硝效率的重要因素，也是工业应用中能源消耗的一个指标。实验模拟烟气条件：50010-6 NO，50010-6 NH3，8.0%O2，10010-6 SO2，N2为平衡气体，空速为36 000 h-1。实验结果如图8所示。图8不同温度对脱硝性能和抗硫性能的影响由图8可知，在120240，随着温度的升高，
12、NO的去除率先提高后趋于稳定。在120 时，NO的去除率仅为40.5%；当反应温度高于180 时，脱硝性能可达94.3%。SO2的氧化活性也随着温度的升高而提高。在120240，SO2的转化率小于0.3%。由此可见，催化剂在低温下具有良好的脱硝性能和抗硫性能。5 结论（1）0.1%的MgO催化剂具有良好的脱硝性能和抗硫性能。（2）当O2质量分数小于8.0%时，随着O2质量分数的增加，催化剂的脱硝性能提高。当O2质量分数大于8.0%时，脱硝性能基本相同。（3）脱硝性能随空速的增大而降低。当空速小于30 000 h-1时，0.1MgO-6MoO3-3V2O5-TiO2 wt%催化剂具有良好的脱硝性
13、能。（4）在实 验条 件下，随着温 度的升高，催化剂0.1MgO-6MoO3-3V2O5-TiO2 wt%对NO的去除率先提高后趋于稳定，当反应温度高于180 时，脱硝性能可达94.3%；在120240，SO2的转化率小于0.3%。参考文献1 吴泓利.含锰复合催化剂制备及低温脱硝性能研究D.重庆：重庆大学，2021.2 徐家明.低温SCR脱硝催化剂的制备及性能探究D.沈阳：沈阳化工大学，2021.3 蔺卓玮，陆强，唐昊，等.平板式V2O5-MoO3/TiO2型SCR催化剂的中低温脱硝和抗中毒性能研究J.燃料化学学报，2017（1）：113-122.4 朱繁.V2O5-TiO2低温SCR催化剂活性及应用研究D.北京：北京工业大学，2012.现代盐化工 专论与综述
