铁锰双组分催化剂低温选择性催化还原N O性能研究

2013-03-20钟标城陈碧峰钟小玉

科技视界 2013年10期

钟标城张辉陈碧峰钟小玉

（河源市清洁生产中心，广东河源517000）

氮氧化物（NOX）是大气的主要污染物之一。选择性催化还原（SCR，Selective Catalytic Reduction）技术是目前最好的烟气NOX脱除方法。低温SCR催化剂的开发有利于降低操作成本以及便于将SCR装置与我国现有锅炉匹配。从目前的研究成果看，Mn基催化剂拥有优良的低温活性，并显示出一定的抗毒能力；另一方面，Fe基催化剂具有价格低廉、易获得等优势，具有广泛的应用前景。本文对铁、锰双金属组分催化剂的低温活性做了初步探索，为开发高效廉价的低温SCR实用型催化剂提供参考。

1 实验部分

1.1 催化剂的制备

实验采用柠檬酸法和浸渍法分别制备了系列Fe(n)－MnOx氧化物催化剂和不同金属组分比例的Fe－Mn/ZSM－5负载型催化剂，氧化物催化剂和负载型催化剂分别在400℃和600℃温度下焙烧成型。

1.2 催化剂的活性评价

在连续流动态固定床微型反应装置上进行催化剂氨气选择催化还原NO反应性能评价。活性实验反应条件：氧化物催化剂和负载型催化剂的空速条件分别为30000h－1和12000h－1，反应气体体积组成为1000ppmNO，1000ppmNH3，5%O2，He作为平衡气。反应物和产物由烟气分析仪分析，即用烟气分析仪测定NO的浓度，计算出转换率并作为评价催化剂活性的依据。

2 结果

实验条件下，Fe(n)－MnOx系列氧化物催化剂的活性评价结果如图1所示。图1中可以分析得出，在整个低温区间中，相对于其他组分含量复合氧化物催化剂而言，Fe（0.3）－MnOX复合氧化物具有理想的催化活性，在100℃时NO的转化率已达90%以上，120℃下NO基本完全被还原。

图1 不同组分含量复合金属氧化物催化剂在低温区内的NO转化率

图2中可以分析得出，在低温区域，不同Fe/Mn摩尔比的Fe－Mn/ ZSM－5催化剂的催化活性差别较为显著，从图中可以清晰看出，Fe/ Mn=1：1的Fe－Mn/ZSM－5催化剂为最佳配比，此时催化活性在低温段最好，并且在140℃至270℃的温度区间内，都能保持80%以上的NO转化率，超过此配比，即铁含量或锰含量的增加并不会提高催化剂的催化活性。

图2 不同比例活性组分改性H-ZSM-5分子筛催化剂上NO催化活性

在氧化物催化剂中选取Fe(0.3)－MnOX催化剂，在负载型ZSM－5催化剂中选取Fe/Mn=1:1的Fe－Mn/ZSM－5催化剂进行比较。

将实验数据进行整理对比,结果如表1所示。

表1 Fe(0.3)-MnOX催化剂与Fe-Mn/ZSM-5（Fe/Mn=1∶1）催化剂的催化性能比较

从表1中可以看出，在低温段（＜300℃）内，Fe－Mn复合金属催化剂及其Fe－Mn双金属负载型分子筛催化剂都具有比较高的催化活性，其NO转化率都能在较低温度下迅速达到80%以上。两者相比较可得，复合金属氧化物催化剂的催化表现更佳。可能是因为金属活性组分经负载于ZSM－5后，具有催化活性的Fe－Mn组分百分比下降，导致其在催化活性表现方面不如复合金属氧化物催化剂。