方 涛 ，张恒建

（1.合肥工业大学化学工程学院，安徽合肥230009；2.安徽能源技术学校，安徽合肥230041；3.合肥晨晰环保工程有限公司，安徽合肥 230009）

～400℃）苛刻，不适用于我国特有的烟气状况，并且催化剂的组成以及挤出设备全依靠进口，成本高居不下。因此，选择一种廉价的载体来替代催化剂中昂贵的金属氧化物，从而降低催化剂的成本是目前脱硝催化剂研究的热点课题之一。目前，国内已有相关研究采用SiO2、Al2O3[3-4]、堇青石[5]及飞灰[6-7]作为蜂窝状脱硝催化剂的载体，但是难以满足燃煤烟气脱硝的要求。对此，本文结合蜂窝状催化剂成型工艺与SCR脱硝催化的特点，以廉价易得的粉煤灰作为脱硝催化剂的载体，对催化剂的成型工艺进行优化，制备出了性价比高的蜂窝状SCR脱硝催化剂。

1 实验部分

1.1 原料与设备

粉煤灰（中石化安庆分公司热电厂）；羧甲基纤维素(Ⅰ)、羟乙基纤维素(Ⅱ)、拟薄水铝石（Ⅲ）、甘油（Ⅳ）、玻璃纤维（Ⅴ，20mm）均为市售工业品；烘箱、箱式电阻炉，济南某公司生产；微波干燥箱、球磨机、振动筛均为南京某公司制造。

1.2 催化剂的制备

将一定质量比的粉煤灰和助剂均匀混合，加入活性组分MnO2的50%硝酸锰前驱体溶液，再加入其它蜂窝陶瓷成型所必需的粘结剂、增强剂和润滑剂等混合搅拌，混合均匀后，密封，陈腐一定时间，再将陈腐后的泥料在真空捏合机中进行真空捏合，直至形成具有一定塑性的膏状泥料，将泥料再次密封陈腐一定时间，最后将腐泥料在液压挤出机中挤出，形成蜂窝状坯体。

1.3 催化剂活性评价

催化剂的脱硝活性评价在固定床反应器中进行，如图1所示。反应器为直径15mm的石英管，催化剂用量2.0 g，模拟烟气组成为：0.06%NO、0.06%NH3和 3%O2，Ar气为平衡气，气体总流量350mL/min，反应空速（GHSV）5400 h-1，反应温度区间为 100℃～300℃。反应器进出口气体由testo350-XL烟气分析仪在线检测。催化剂脱硝性能以NO转化率（XNO）衡量，由以下公式计算：

其中，[NO]in，[NO]out分别为反应器进口和出口气体中NO的浓度%。

1.4 催化剂的表征

粉煤灰含量采用日本岛津公司生产的XRF-1800X射线荧光光谱仪分析。

2 结果与讨论

2.1 粉煤灰的组成（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含量较高，其中的碱金属与碱土金属化合物含量较少，适合作为我国烟气SCR脱硝催化剂的成型载体。

2.2 蜂窝状催化剂成型性能比较及参数优化

表2 粘结剂和粘结剂含量对成型的影响

由表2可以看出，除拟薄水铝石外，其它粘结剂均可以用于蜂窝状催化剂的成型，其中羟乙基纤维素作为粘结剂制备的蜂窝状催化剂呈现出较好的性能，且粘结剂的含量占基本粉体的2.5%。

2.3 干燥温度对蜂窝状催化剂成型性能的影响

催化剂坯体制备完成后，在煅烧之前，要先经过烘干工艺。烘干是先将坯体中的水分慢慢地蒸发出来，如果蒸发过快，则坯料容易出现裂纹，将影响到催化剂的成品率和机械性能。

表3 干燥温度对蜂窝状催化剂成型性能的影响

从表3可以看出，在30℃～120℃，随着干燥温度的升高，胚体的干燥速率加快。在30℃下，胚体干燥18h才能完成，然而当干燥温度在80℃以上时，湿胚体在4h就可以完成干燥。值得注意的是，当干燥温度在100～120℃时，胚体容易开裂，降低了成品率。为了提高胚体的干燥成品率，先将催化剂的外表面用厚为10mm海绵包裹，再用纸箱进行包裹，放在特制的微波干燥箱体中，于60℃干燥2h，结果没有出现裂纹现象。

2.4 煅烧温度对蜂窝状催化剂成型性能的影响

由表4可以看出，采用非程序升温法焙烧的蜂窝状催化剂样品有明显的裂痕；升温速率为2.0℃/min程序升温法焙烧的样品局部有裂纹；两段程序升温法焙烧的样品表观形态良好。由此可以说明，蜂窝状催化剂样品的焙烧速率不可以过快，两段程序升温焙烧法（200℃之前1.0℃/min，200℃之后2℃/min）是最佳的焙烧工艺。

2.5 蜂窝状催化剂的活性评价

表4 煅烧温度对蜂窝状催化剂成型的影响

图2反应温度对脱硝效率的影响

由图2可知，反应温度为100℃～200℃范围内，随着反应温度的升高，NO的脱除率明显升高；在200℃～300℃范围内，NO的脱除率逐渐下降。由此可以说明，以粉煤灰作为载体制备的蜂窝状SCR脱硝催化剂具有较好的脱硝活性。

3 结论

通过对粉煤灰原料的组成与结构分析，结合蜂窝状催化剂成型工艺的优化，认为粉煤灰是合适的蜂窝状催化剂载体。以粉煤灰、粘结剂II及活性组分为蜂窝状催化剂的主要原料并制备出廉价的蜂窝状催化剂。通过对干燥温度与干燥速率关系的考查，结合微波干燥，对蜂窝状催化剂进行深度干燥，提高了成型蜂窝样品的成品率。焙烧工艺对蜂窝状催化剂的成型影响较大，本实验采用两段程序升温焙烧法（200℃之前1.0℃/min，200℃之后2℃/min），提高了蜂窝状催化剂的吸收率。

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