碱金属或碱土金属对催化剂性能的影响.docxVIP

碱金属或碱土金属对催化剂性能的影响图2.5.1碱金属中毒原理V2O5-WO3/TiO2催化剂在有毒害物质（如碱金属）存在的场合其活性会迅速降低表现出严重的失活现象。目前大部分学者认为，对于Na和K中毒，其活性影响主要是化学中毒，即通过中毒酸位以降低其对NH3的吸附量和吸附活性，继而降低SCR活性。而CaO造成催化剂中毒的主要原因则是CaO以及生成的CaSO4造成催化剂的微孔堵塞。图2.5.2Ca中毒机理图2.5.3碱金属对催化剂活性及N2O转化率的影响图2.5.4碱土金属对催化剂活性及N2O转化率的影响图2.5.5样品NH3-TPD和H2-TPR曲线为了详细讨论各类碱（土）金属对催化剂的化学中毒现象及机理，我们选取了Na、K、Ca和Mg四类碱性金属元素进行催化剂活性、酸性及氧化还原性能的考查。从图2.5.3、2.5.4中我们可以看出，加入碱（土）金属后催化剂的活性呈现了不同程度的下降，且加入量越多，其下降程度越大。其中，Na和K加入量为1%时，催化剂的最高活性下降到仅为35%左右。不同碱（土）金属对催化剂的中毒程度为KNa Ca Mg。右图则是对N2选择性的影响，主要体现在N2O的生成量。从图中可以看出，碱（土）金属虽然造成了催化剂表面活性的下降，但同时也能降低副产物N2O的生成。活性下降越多，N2O生成量则越少。为比较中毒前后催化剂表面酸性的变化情况，我们对各样品进行了NH3-TPD研究。各样品都分别在130℃和220℃出现两个NH3的脱附峰。这两个峰根据文献报道分别归属于两类不同表面酸性位：弱吸附的NH3酸性位和强吸附的NH3酸性位。从图2.5.5中我们发现，中毒后催化剂其NH3的吸附量都有不同程度的下降。弱酸位的NH3吸附量大小排序为VWTi Na1-VWTi Ca1-VWTi Mg1-VWTi K1-VWTi；而强酸位上NH3吸附量大小排序为VWTiMg1-VWTi Ca1-VWTi Na1-VWTi K1- VWTi。结合之前的活性结果我们可知，强酸位上NH3吸附量的变化与活性变化一致。Tops?e报道过SCR催化剂的反应机理有两个循环：酸性循环和氧化还原循环，即催化剂表面的酸性及其氧化还原能力是影响催化剂反应机理的主要因素。因此，我们在考虑催化剂中毒时，除了要考虑其对酸性的影响，也需考虑其氧化还原能力的变化。因此，我们对各样品进行了H2-TPR研究。Na、K和Ca、Mg的H2-TPR呈现不同的规律性。对于Na和K掺杂的催化剂，其V的还原峰明显地往高温方向移动，而W则往低温方向移动；对于Ca和Mg掺杂的催化剂，其V的还原峰同样也是往高温方向移动，不过移动的并不那么明显，而W的还原峰则没有明显变动。结果表明，碱（土）金属的掺杂会降低V物种的氧化还原能力，Na，K的影响远大于Ca，Mg，这与活性的变化一致；同时Na、K的掺杂还能影响W物种周围的化学环境，而W物种在催化剂中能提供较多的酸性位，因此，当W周围的化学环境因Na、K掺杂发生变化后，可能也会影响着其表面酸性位的变化，从而引起了活性的下降。因此，由TPR结果我们可以得出，碱（土）金属的中毒同样也影响着催化剂的氧化还原能力。