基于失活商业脱硝催化剂制备的再生SCR催化剂性能研究

图4(a)—(d)分别为3种催化剂FSCR、DSCR和RSCR-II表面的V2p、W4f、Ti2p以及O1s对应的XPS光谱。由图4(a)可以发现，3种催化剂表面的V2p的峰均低于V5+对应的517.1eV而明显高于V3+对应的515.9eV，这说明催化剂表面的钒物种是高价钒和低价钒的混合物[17]。

DSCR表面的V对应的峰向低结合能位置偏移，说明相比于FSCR，催化剂表面的低价钒物种增加，这是不利于NO的选择性催化还原反应的，因为在NO的催化还原过程中，主要是V2O5在起催化作用。而对于RSCR-II，V2p峰所对应的结合能与FSCR上的V2p峰位置接近，这说明在催化剂的再生过程中，催化剂表面的活性钒物种，即高价钒物种增加。

V5+的增加可能的原因是在催化剂煅烧过程中，空气中的氧起到了氧化作用；另一方面可能是负载的高价锰物种将低价钒物种氧化。

由图4(b)可知，无论是DSCR还是RSCR-II，催化剂表面的钨物种比较稳定，没有产生明显的变化，主要以WO3形态存在。图4(c)显示在DSCR中，Ti2p的峰明显向高结合能方向移动，这种要是因为催化剂中毒导致Ti的电子亲和性增强[18]。当催化剂经过再生过程后，Ti2p的结合能降低到FSCR上Ti2p的结合能位置，说明本文提出的催化剂再生方法不仅可以促进失活的V2O5的再生，也可以提高TiO2的稳定性。

图4(d)是催化剂表面的O1s对应的XPS图谱。催化剂表面的氧物种主要分为两类：晶格氧和表面化学吸附氧。结合能在530eV左右的能谱峰归属于晶格氧，结合能531.5eV左右的能谱峰对应的氧物种属于化学吸附氧[19]。

图4(d)显示，DSCR和FSCR表面的O1s的电子能谱峰相比，DSCR在低高结合能位置的峰变弱，说明催化剂失活的一个原因是催化剂表面的化学吸附氧相对浓度降低。对RSCR-II来说，高结合能位置的电子能谱峰显著变强，说明在负载锰氧化物以后，催化剂表面的化学吸附氧物种更加丰富。化学吸附氧被认为是在SCR反应过程中的活性氧物种[20]。

2.6催化剂的脱硝性能

RSCR、DSCR和FSCR的脱硝性能如图5所示。对于FSCR，催化剂在150℃温度条件下的脱硝性能较差，当温度升至350℃时，催化剂的脱硝性能优异，超过80%。但是对于DSCR，脱硝效果依然随温度的升高而有所提升，但是由于有效的V2O5含量降低，脱硝效率较低，在350℃仅有44%的NO被还原。

对于再生的催化剂，在150℃温度段的脱硝活性明显高于FSCR该温度段的活性。同样的，在250℃温度条件下，RSCR-II表现出最为优异的脱硝活性，效率近85%。而在350℃温度条件下，再生的催化剂表现出的脱销活性略低于FSCR，说明锰氧化物的高温脱硝活性较差。但是，相比于失活的SCR催化剂，再生催化剂在150~350℃范围内的脱硝效率远高于DSCR获得的脱硝效率。

再生催化剂在150~350℃范围内表现出的优异性能主要取决于再生催化剂中的两种活性成分：锰氧化物和钒氧化物。前人研究报道锰氧化物在低温段具有较高的脱硝活性。而再生催化剂表面的具备脱硝能力的钒氧化物来源于两部分：一部分是DSCR中未失活的V2O5；另外一部分是根据XPS结果，再生过程中由于空气中的氧气或者负载的高价锰离子再生的活性V2O5。

因此，可以认为，在150和250℃范围内，催化剂的活性提高的主要原因是由于锰氧化物在低温下的脱硝活性；在更高的温度段，V2O5在脱硝反应中起主导作用。由此可见，相对于失活的催化剂和新鲜的催化剂，再生后的催化剂具备了较宽的温度窗口。

空速是催化反应中的重要参数。空速的大小直接决定了烟气在催化剂表面的停留时间和SCR装置的烟气处理能力[21]。如果催化剂可以在较大的空速下保持较高的脱硝效率，说明催化剂具备优异的处理烟气中NO的能力，可以有效地适应实际燃煤电厂负荷波动的情况。RSCR-II在不同空速下的脱硝效率如图6所示。

在所有的温度点，催化剂的活性均随着空速的增加而降低，在低温下降低幅度更加明显。在空速为30000h−1的条件下，RSCR-II的脱硝效率相比空速为40000h−1时有所提高，但是提高幅度不大(提高了5%~20%)。当空速比升高至60000h−1时，在150℃，脱硝效率相比空速为40000h−1时，效率明显降低(降幅34%)，但是在250~350℃范围内，脱硝效率变化不明显。

因此可知，再生催化剂RSCR-II在250~350℃范围内，对不同的空速具有很好的适用性。

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