SCR催化剂联合脱硝脱二噁英的Cd中毒机理及低温性能改性研究

作     者：蔡锜 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：赵莉;陆强;徐明新;李本善

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：垃圾焚烧烟气 联合脱硝脱二噁英 V2O5-MoO3/TiO2催化剂 重金属Cd 过渡金属氧化物 

摘      要：二噁英(dioxin)生物毒性极强,对生态环境及人体健康危害巨大,垃圾焚烧是其主要的人为排放源。目前,传统的焚烧烟气二噁英控制方法主要依靠活性炭吸附,但是其仅将二噁英转移到活性炭中,并未真正降解二噁英。利用已有的SCR脱硝装置则有望实现二噁英和NO的联合脱除,同时还可简化尾部烟气净化装置、节约运行成本,对解决垃圾焚烧造成的大气复合污染问题意义重大。然而,焚烧烟气一方面组分复杂,其中的重金属容易导致催化剂中毒;另一方面烟温较低(300℃),与SCR催化剂的活性温度(300-400℃)不匹配,使得催化剂联合脱硝脱二噁英的活性不佳。因此,本文针对上述两大技术瓶颈,以V2O5-MoO3/TiO2催化剂为研究对象,明晰了其在联合脱硝脱二噁英过程中的Cd中毒机理,并进一步就提升催化剂的中低温活性开展了改性研究,为SCR催化剂在垃圾焚烧烟气净化领域的工业化应用打下一定基础。具体内容如下:论文首先采用浸渍法制备了新鲜的3V2O5-10MoO3/TiO2催化剂,然后通过再次浸渍负载Cd来模拟催化剂Cd中毒。以氯苯(chlorobenzene,CB)作为二噁英的模型化合物,结合活性测试和一系列表征分析,揭示了 Cd物种对催化剂联合脱硝脱二噁英的毒害机理。结果表明,CdO和CdCl2均能降低催化剂对NO和CB的脱除活性,且在低温下毒害作用更明显。Cd的负载导致催化剂小孔堵塞,同时由于Cd物种和表面VOx物种间的相互作用使得催化剂表面V5+占比降低,化学吸附氧含量减少,氧化还原性能下降。此外,Cd中毒还减少了催化剂表面酸性位点的数量,减弱了催化剂对NH3和CB分子的吸附性能。论文进一步采用浸渍法制备了 一系列过渡金属氧化物掺杂改性的3V2O5-10MoO3/TiO2催化剂,考察了助剂种类及含量对联合脱硝脱二噁英活性的影响,并进行了一系列表征分析。结果显示,FeOx改性表现出明显的协同促进作用。负载FeOx不仅带入了大量的Fe3+-Fe2+催化氧化还原循环体系,导致表面化学吸附氧含量增加,CB氧化降解性能增强;而且还引入了丰富的酸性位点,提高了催化剂的表面酸性,使得低温时改性催化剂仍具有不错的CB吸附脱除性能。此外,Fe-V相互作用也使得改性催化剂中V5+/(V5++V4+)摩尔比上升,保证了催化剂高效的NO转化率,缓解了 CB竞争吸附引起的脱硝性能的下降。