基于失活商业脱硝催化剂制备的再生SCR催化剂性能研究

1.2催化剂表征

本实验先将新鲜催化剂与失活催化剂进行XRF、N2等温吸附、XRD、SEM、XPS表征测试，分析失活催化剂和再生催化剂的表面微观性能与再生效果。

X射线荧光光谱分析(XRF，EAGLEIII，EDAXInc.)，通过对催化剂进行元素全扫描，分析催化剂元素组成及各元素含量。催化剂的N2吸附等温线利用ASAP2020型分析仪在−196℃下进行测量。

催化剂的表面特征参数，如比表面积、孔体积等利用Brunaur-Emmett-Teller(BET)方法计算。测试前，催化剂样品在150℃条件下吹扫5h进行脱气处理。XRD测试在X’PertPRO型分析仪(荷兰帕纳科公司)上进行。仪器采用CuKα作为辐射源。XRD谱图的扫描角度范围2θ为10°~80°，所采用的电压和电流分别为40kV和40mA。

为保证合成的催化剂表面元素的分布是均匀的，对催化剂表面利用电子显微镜(SEM，Model：JSM-6510LV)进行了面扫。利用X射线光电子能谱(XPS，GENESIS，EDAXInc)对催化剂表面的原子浓度与物种进行了分析。测试采用MgKα作为辐射源(1253.6eV)。获取数据时的背景压力控制在6×10−7Pa以下。所得到的结合能用284.6eV处Cls峰进行校正。

1.3活性测试

催化剂的脱硝性能实验反应系统采用常见的固定床反应器[10-11]。固定床石英反应器内径15mm，长600mm。催化剂床层位于炉体中部的恒温区，催化剂置于石英棉床层上。实验温度由电加热炉控制。实验气氛为模拟烟气：N2+0.05%、NO+0.05%、NH3+4%O2。

气体在进入反应器前，经混气装置混合均匀后进入固定床反应器。模拟烟气及尾气的成分采用日本Horiba公司生产的PG350气体分析仪进行检测。实验过程中，总气体流量为1L/min，催化剂质量为300mg，空速比约为40000h−1。在研究空速比对脱硝性能的影响时，催化剂的质量分别为400和200mg，空速比对应为30000和60000h−1。

实际燃煤电厂SCR脱硝系统的针对成型的催化剂，空速比一般设置为2000~4000h−1。但是实验室规模的研究中，催化剂一般是粉末状，因此空速比的设置一般取相对偏高的数值。本文的空速比的选择是参考文献[8-12]中的空速比的设置。催化剂的脱硝效率定义为NO的还原效率，即反应器入口出口的NO浓度差相对入口浓度的变化率[11]。

最后，对性能最优异的催化剂在复杂模拟烟气(4%O2+0.1%SO2+0.05%NO+0.05%NH3+8%H2O+15%CO2+N2)条件下进行催化剂的活性测试。

2实验结果与讨论

2.1再生催化剂的表面物质组成分析

新鲜的SCR催化剂以及制备的样品主要成分如表1所示。可以看出，FSCR的主要成分是载体TiO2以及催化剂助剂W2O3，主要活性成分为V2O5(质量分数2.13%)。除上述主要的催化剂有效组分外，还有部分的硅和钙的氧化物，这主要来源于催化剂成型过程中加入的添加剂。简单的吹灰处理后得到的DSCR的表面成分发现，催化剂表面主要沉积的是硅铝酸盐和硫酸盐类物质。

此外，催化剂表面出现了含K+的物质，因此可以判断催化剂失活的主要原因是硫酸盐的覆盖及碱金属中毒。超声波增强的水洗后的催化剂DSCR的表面成分分析可知，硫酸盐和碱金属可以洗掉，说明沉积物是可溶性的。根据表1的Mn元素的质量分数和Mn/Ti质量比结果，对于浸渍法制备的再生催化剂，其表面的Mn含量随浸渍次数的增加而增加。

2.2XRD分析

催化剂样品的XRD谱线如图1(a)所示。对FSCR、DSCR、RSCR-I以及RSCR-II进行分析可知，除了出现锐钛矿型TiO2(PDFNO.01-071-1166)的衍射峰外，其他成分均无衍射峰存在，说明WO3、V2O5以及MnO2都均匀分布在载体的表面[12]。在RSCR-III和RSCR-IV的XRD图谱中发现，在2θ=27.5°~29°范围内有一个微弱的衍射峰。

将此角度范围内的衍射谱线放大，可以发现RSCR-III和RSCR-IV的表面明显存在属于MnO2(PDFNO.03-065-2821)的晶体衍射峰，且RSCR-IV上的MnO2峰更明显。由此可知，本文提供的催化剂再生方法在浸渍次数≥3次后，会在催化剂表面发生MnO2的结晶行为。由于均匀分散的MnO2具备更高的催化活性，因此RSCR-III和RSCR-IV上发生的MnO2结晶将不利于催化反应的进行[13]。

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