商用高温钒系脱硝催化剂的制备V2O5-WO3/TiO2(3)
随着我国经济的发展步伐的越来越大，发展速度越来越快，各行各业面对的环保形势越来越严峻，首当其冲的应该是电力行业了。早在1991年的时候，国家环保有关部门便制定的《火电厂污染物排放标准》，历经1996年和2003年两次修改后，排放标准一次又一次的被严格要求，这也说明了政府部门环保意识越来越强，先经济后环保的错误思想正在转换为既要搞好经济又要爱护好自然环境[11]。《全国第一次污染源普查报告》显示，2007年一年，全国就排放氮氧化物就高达1797。70万吨，其中工业废气中氮氧化物的排放量几乎占据了排放总量的67%。而2011年，全国氮氧化物排放量己经达到2404。3万吨，其中一半的排放量来源于燃煤电厂。如果还不及时不采取有效措施，到2020年NOX的排放量将达到2900万吨左右[12]。
但随着我国法律法规的不断完善，人民环保意识的不断提高，NOX的排放也引起社会和企业的重视[13]。在“十二五”期间，明确提出燃煤机组要加快低氮燃烧技术改造及脱硝设施建设，从而加强电力行业污染物排放的治理，大力推进电力行业氮氧化物的控制[14]。还提出至2017年国内已运行和新建火力发电站要预留出烟气脱除NOX装置空间。根据中电联测算，目前在我国7亿千瓦的火电装机容量中只有约1亿千瓦是属于脱硝机组，剩下的6亿多千瓦机组需要进行脱硝改造，由此可见，我国仍然面临着非常严峻的NOX排放控制形势。
1。3 SCR反应原理
在一定的温度和催化剂的作用下选择性催化还原(SCR)脱硝的原理是还原剂有
选择性地把烟气中的NOX还原为无毒、无害、无污染的N2和H2O[15]，还原剂大多为碳氢化合物、氨、尿素，其脱硝原理如图1。3所示
图1。3 SCR工作原理图
还原剂在实际应用中用的最多的是氨和尿素，其中氨被使用的最多。以氨为还原剂的SCR反应如式(1-1)和式(1-2)所示。
4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O (1-1）
4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O (1-2)
其中，能体现SCR催化剂化学反性质的反应是反应(1-1)[16]，以NO的形式存在于烟气中的N大概有95％。在缺乏催化剂的条件下，上面的如果要发生，反应只可以在980℃左右进行。但是有一种情况，如果我们选择合适的催化剂则可以在较低温条件下使得该反应发生，电厂有关工作人员的表述，适合催化剂实际使用的温度范围应该在290℃-430℃。
催化剂分为贵金属催化剂和普通金属催化剂。贵金属催化剂顾名思义价格方面非常昂贵，其次容易发生硫中毒，并且需要较高的反应温度。因此，最常见被使用的金属基催化剂为氧化矾、氧化钛和氧化钨。目前工业中SCR催化剂大多以TiO2为载体，V2O5或V2O5-WO3、V2O5-MoO3为主要的活性成分[17]。
SCR烟气脱硝为气相和固相的催化反应，NH3、NOx和在催化剂上的反应过程主要有以下步骤，它们被分为：
(1)NH3通过气相的方式扩散到催化剂的表面；
(2)NH3吸附在活性中心上；
(3)NH3由外表面进一步向催化剂微孔内扩散；
(4)NH3与NOx反应生成N2和H2O；
(5)NOX和O2从气相扩散到NH3表面；
(6)N2和H2O扩散到气相主体。
(7)N2和H2O通过微孔扩散到催化剂表面；
选择性催化还原（SCR， Selective Catalytic Reduction）技术，是在催化剂存在的条件下通入氨（NH3）、尿素（CO(NH2)2）、甲烷等作为还原剂，利用还原剂的选择性，优先与烟气中的NOX发生反应，将其转化为空气中无害的氮气（N2）和水（H2O）[18]。论文网
1。4 高温SCR烟气脱硝的技术
目前制备SCR的主要方法都是以NH3为还原剂，V2O5在载体表面分布情况对以V2O5-WO3/TiO2为主要成分的催化剂有明显的影响，V2O5分散面积越大，催化的活性越高，同时 V2O5以什么样的形式存在也对催化活性有重要影响，聚集状态的的钒氧化物要比单独的钒氧化物的催化活性好[19]。在基体材料TiO2的表面，聚集状态的钒氧化物较容易生成。在SCR反应中，NH3具有较强的吸附能而能吸附在催化剂上，而NO具有较弱的吸附能而能吸附在催化剂上，NH3和吸附点较弱的NO反应，因此催化剂上吸附的反应物的多少对催化活性的影响是十分重要。研究人员认为，NH3在V2O5-WO3/TiO2催化剂表面的吸附能力与催化剂表面的氧钒共价键有关，其他一些人认为NH3的吸附能力受催化剂表面pH值的影响。
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