Si改性对V2O5/WO3-TiO2催化剂NH3-SCR活性和热稳定性的影响(英文)

作者：刘雪松; 吴晓东; 许腾飞; 翁端; 司知蠢; 冉锐

来源：催化学报, 2016, 37(08): 1340-1346.

• V2O5/WO3-TiO2
• 硅
• NH3-SCR
• 水热稳定性
• 多聚态钒
• 脱硝

V2O5/WO3-TiO2是NH3-SCR领域应用最为广泛的商用脱硝催化剂,该催化剂具有良好的抗硫中毒性能;但其水热稳定性却相对较差,高温条件下运行会严重失活.这主要是由于锐钛型TiO2在高温下发生团聚或相变,生成比表面积较小的晶红石型TiO2,进而导致活性组分V2O5和WO3团聚或挥发.结局问题的关键是提高载体TiO2的水热稳定性,而添加Al,Zr和Si等元素对TiO2进行改性则被认为是最有效的方法之一.Si改性的V2O5/WO3-TiO2催化剂水热老化后仍然具有较高的比表面积、较多的酸性位和稳定晶体结构,但其作用机理仍不明确.本文分别考察了750oC水热老化处理24h对V2O5/WO3-TiO2和V2O5/WO3-TiO2-SiO2催化剂结构和催化活性的影响,并采用X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H2-TPR)、拉曼光谱(Raman)和氨气程序升温脱附(NH3-TPD)等手段研究了Si改善V2O5/WO3-TiO2催化剂水热稳定性的原因.结果表明,水热老化后,Si改善的催化剂和载体的比表面积降幅较小.XRD结果表明,Si添加到TiO2中可形成Ti-O-Si固溶体,固溶体的形成使TiO2晶界能提高,可防止水热老化过程中TiO2的团聚和相变,进而提高其水热稳定性.负载V后,Si对载体的稳定作用则更加明显.这主要是因为低熔点的V2O5会加剧载体的团聚和相变.结合H2-TPR和Raman结果可知,V2O5/WO3-TiO2催化剂水热老化后发生TiO2团聚或相变,进而导致活性组分多聚态V2O5团聚生成V2O5晶粒或Ti-V-O固溶体,而后者对SCR反应活性的贡献非常低;同时,水热老化还使得助剂WO3从WO3-TiO2中脱离出来,因而导致催化剂活性和选择性下降.然而由于V2O5/WO3-TiO2-SiO2催化剂载体具有良好水热稳定性,经水热处理后仍保持着锐钛晶型和较小的晶粒,抑制了活性组分V2O5的严重团聚或形成固溶体;同时还使得高分散态V2O5轻微团聚形成主要活性组分多聚态V2O5,因此催化活性反而提高.另外,由于V2O5/WO3-TiO2-SiO2催化剂中形成了Ti-O-Si固溶体,进而产生更多的酸性位,水热处理后,其酸性位降低幅度较小;而V2O5/WO3-TiO2催化剂酸性位数量明显减少,这与其载体和活性组分的烧结和相变相关,这也是导致其失活的主要原因之一.

• 单位
  材料学院; 清华大学; 清华大学深圳研究生院