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)備全依靠進口，成本高居不下。因此，選擇一種廉價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，以廉價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行優(yōu)化，制備出了性價比高的蜂窩狀SCR脫硝催化劑。

1 實驗部分

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，濟南某公司生產(chǎn)；微波干燥箱、球磨機、振動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、增強劑和潤滑劑等混合攪拌，混合均勻后，密封，陳腐一定時間，再將陳腐后的泥料在真空捏合機中進行真空捏合，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間，最后將腐泥料在液壓擠出機中擠出，形成蜂窩狀坯體。

1.3 催化劑活性評價

催化劑的脫硝活性評價在固定床反應(yīng)器中進行，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，由以下公式計算：

其中，[NO]in，[NO]out分別為反應(yīng)器進口和出口氣體中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，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，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價

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，本實驗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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