载体平衡离子对MnOx/ZSM-5催化NH3-SCR性能影响

乔 彤,刘长红,柳志刚,蒙 伟,孙 红 (大连交通大学环境与化学工程学院,辽宁 大连 116028)

氮氧化物(NOx)不仅本身对大气环境和人体健康产生直接危害,还是酸雨、光化学烟雾、PM2.5和近地面臭氧等污染物的重要前体物[1-2].目前,NH3为还原剂的选择催化还原NOx(NH3-SCR)技术被认为是最有效的 NOx净化方法[3-4],使用的催化剂为V2O5-WO3(MoO3)/TiO2.由于其最佳活性温度为320～420℃[5],使得SCR装置必须置于除尘脱硫系统之前.此时,烟气中含有大量的灰尘、As、SO2等,易造成催化剂中毒失活等问题[6-7].并且,催化剂中的钒具有一定的生物毒性[8].

近年来,分子筛催化剂在低温NH3-SCR反应中得到广泛关注,主要是因其具有脱硝活性高,反应温度窗口宽和稳定性好等优点.Mu等[9]和Lou等[10]分别制备了 Mn基分子筛催化剂(Mn-Fe/ZSM-5和Mn/ZSM-5),在温度小于 150℃ 区间内,NOx去除率均可达90%以上.Mn基分子筛催化剂表现出优异的低温活性主要是因为Mn元素多变的价态和较强的氧化还原能力[11].

但是,研究发现分子筛 SCR催化剂的活性受载体的性质,改性方法等因素影响较大[12-13].对于硅铝体系分子筛,由于骨架中三价铝原子取代四价硅原子之后,体系呈现电负性,需要引入质子(H+、Na+等)平衡体系电荷.而分子筛中这些质子的种类对于催化剂的活性具有重要的影响.例如,Shi等[14]发现平衡离子为Na的Ag-Na-ZSM-5催化剂其对CH4- SCR反应的活性明显高于Ag-H-ZSM-5催化剂.而Wang等[15]在C2H4-SCR反应中发现相反的现象,平衡离子为Na的Ce-Na-ZSM-5催化剂对NO几乎没有活性.平衡离子对催化剂活性影响主要表现为 NO吸附活化位点及形成活性产物不同[16].这些……