方 濤 ，張恒建

（1.合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，安徽合肥230009；2.安徽能源技術(shù)學(xué)校，安徽合肥230041；3.合肥晨晰環(huán)保工程有限公司，安徽合肥 230009）

～400℃）苛刻，不適用于我國特有的煙氣狀況，并且催化劑的組成以及擠出設(shè)備全依靠進(jìn)口，成本高居不下。因此，選擇一種廉價(jià)的載體來替代催化劑中昂貴的金屬氧化物，從而降低催化劑的成本是目前脫硝催化劑研究的熱點(diǎn)課題之一。目前，國內(nèi)已有相關(guān)研究采用SiO2、Al2O3[3-4]、堇青石[5]及飛灰[6-7]作為蜂窩狀脫硝催化劑的載體，但是難以滿足燃煤煙氣脫硝的要求。對此，本文結(jié)合蜂窩狀催化劑成型工藝與SCR脫硝催化的特點(diǎn)，以廉價(jià)易得的粉煤灰作為脫硝催化劑的載體，對催化劑的成型工藝進(jìn)行優(yōu)化，制備出了性價(jià)比高的蜂窩狀SCR脫硝催化劑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與設(shè)備

粉煤灰（中石化安慶分公司熱電廠）；羧甲基纖維素(Ⅰ)、羥乙基纖維素(Ⅱ)、擬薄水鋁石（Ⅲ）、甘油（Ⅳ）、玻璃纖維（Ⅴ，20mm）均為市售工業(yè)品；烘箱、箱式電阻爐，濟(jì)南某公司生產(chǎn)；微波干燥箱、球磨機(jī)、振動(dòng)篩均為南京某公司制造。

1.2 催化劑的制備

將一定質(zhì)量比的粉煤灰和助劑均勻混合，加入活性組分MnO2的50%硝酸錳前驅(qū)體溶液，再加入其它蜂窩陶瓷成型所必需的粘結(jié)劑、增強(qiáng)劑和潤滑劑等混合攪拌，混合均勻后，密封，陳腐一定時(shí)間，再將陳腐后的泥料在真空捏合機(jī)中進(jìn)行真空捏合，直至形成具有一定塑性的膏狀泥料，將泥料再次密封陳腐一定時(shí)間，最后將腐泥料在液壓擠出機(jī)中擠出，形成蜂窩狀坯體。

1.3 催化劑活性評(píng)價(jià)

催化劑的脫硝活性評(píng)價(jià)在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，如圖1所示。反應(yīng)器為直徑15mm的石英管，催化劑用量2.0 g，模擬煙氣組成為：0.06%NO、0.06%NH3和 3%O2，Ar氣為平衡氣，氣體總流量350mL/min，反應(yīng)空速（GHSV）5400 h-1，反應(yīng)溫度區(qū)間為 100℃～300℃。反應(yīng)器進(jìn)出口氣體由testo350-XL煙氣分析儀在線檢測。催化劑脫硝性能以NO轉(zhuǎn)化率（XNO）衡量，由以下公式計(jì)算：

其中，[NO]in，[NO]out分別為反應(yīng)器進(jìn)口和出口氣體中NO的濃度%。

1.4 催化劑的表征

粉煤灰含量采用日本島津公司生產(chǎn)的XRF-1800X射線熒光光譜儀分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 粉煤灰的組成（表1）

表1 粉煤灰的成份

由表1可以看出，粉煤灰中的SiO2和Al2O3含量較高，其中的堿金屬與堿土金屬化合物含量較少，適合作為我國煙氣SCR脫硝催化劑的成型載體。

2.2 蜂窩狀催化劑成型性能比較及參數(shù)優(yōu)化

表2 粘結(jié)劑和粘結(jié)劑含量對成型的影響

由表2可以看出，除擬薄水鋁石外，其它粘結(jié)劑均可以用于蜂窩狀催化劑的成型，其中羥乙基纖維素作為粘結(jié)劑制備的蜂窩狀催化劑呈現(xiàn)出較好的性能，且粘結(jié)劑的含量占基本粉體的2.5%。

2.3 干燥溫度對蜂窩狀催化劑成型性能的影響

催化劑坯體制備完成后，在煅燒之前，要先經(jīng)過烘干工藝。烘干是先將坯體中的水分慢慢地蒸發(fā)出來，如果蒸發(fā)過快，則坯料容易出現(xiàn)裂紋，將影響到催化劑的成品率和機(jī)械性能。

表3 干燥溫度對蜂窩狀催化劑成型性能的影響

從表3可以看出，在30℃～120℃，隨著干燥溫度的升高，胚體的干燥速率加快。在30℃下，胚體干燥18h才能完成，然而當(dāng)干燥溫度在80℃以上時(shí)，濕胚體在4h就可以完成干燥。值得注意的是，當(dāng)干燥溫度在100～120℃時(shí)，胚體容易開裂，降低了成品率。為了提高胚體的干燥成品率，先將催化劑的外表面用厚為10mm海綿包裹，再用紙箱進(jìn)行包裹，放在特制的微波干燥箱體中，于60℃干燥2h，結(jié)果沒有出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象。

2.4 煅燒溫度對蜂窩狀催化劑成型性能的影響

由表4可以看出，采用非程序升溫法焙燒的蜂窩狀催化劑樣品有明顯的裂痕；升溫速率為2.0℃/min程序升溫法焙燒的樣品局部有裂紋；兩段程序升溫法焙燒的樣品表觀形態(tài)良好。由此可以說明，蜂窩狀催化劑樣品的焙燒速率不可以過快，兩段程序升溫焙燒法（200℃之前1.0℃/min，200℃之后2℃/min）是最佳的焙燒工藝。

2.5 蜂窩狀催化劑的活性評(píng)價(jià)

表4 煅燒溫度對蜂窩狀催化劑成型的影響

圖2反應(yīng)溫度對脫硝效率的影響

由圖2可知，反應(yīng)溫度為100℃～200℃范圍內(nèi)，隨著反應(yīng)溫度的升高，NO的脫除率明顯升高；在200℃～300℃范圍內(nèi)，NO的脫除率逐漸下降。由此可以說明，以粉煤灰作為載體制備的蜂窩狀SCR脫硝催化劑具有較好的脫硝活性。

3 結(jié)論

通過對粉煤灰原料的組成與結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合蜂窩狀催化劑成型工藝的優(yōu)化，認(rèn)為粉煤灰是合適的蜂窩狀催化劑載體。以粉煤灰、粘結(jié)劑II及活性組分為蜂窩狀催化劑的主要原料并制備出廉價(jià)的蜂窩狀催化劑。通過對干燥溫度與干燥速率關(guān)系的考查，結(jié)合微波干燥，對蜂窩狀催化劑進(jìn)行深度干燥，提高了成型蜂窩樣品的成品率。焙燒工藝對蜂窩狀催化劑的成型影響較大，本實(shí)驗(yàn)采用兩段程序升溫焙燒法（200℃之前1.0℃/min，200℃之后2℃/min），提高了蜂窩狀催化劑的吸收率。

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