CN102179258B - 一种V2O5-WO3/TiO2催化剂碱金属中毒后的再生方法 - Google Patents

一种V2O5-WO3/TiO2催化剂碱金属中毒后的再生方法 Download PDF

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Abstract

一种V2O5-WO3/TiO2催化剂碱金属中毒后的再生方法，应用直流稳压电源对浸泡在水中的碱金属中毒催化剂进行电泳，稳定电压为1.6V，电泳时间为24-36h，最后在100-120℃的烘箱中烘12h-20h，使吸附在催化剂表面的碱金属离子在电场作用下离开催化剂表面进入水体，从而使催化剂活性恢复，本发明操作简单，耗能小，没有难处理的污染物产生，并且再生效果明显，具有很好的实际应用前景。

Description

一种V2O5-WO3/TiO2催化剂碱金属中毒后的再生方法
技术领域
本发明涉及环境保护中氮氧化物控制技术领域，特别涉及一种V2O5-WO3/TiO2催化剂碱金属中毒后的再生方法，适用于燃煤电厂中催化烟气中氮氧化物选择性氧化还原的脱硝催化剂的活性再生。
背景技术
随着科学技术的进步，生产力得到极大提高，但人类的生存环境也得到了极大破坏，酸雨，光化学烟雾、臭氧层破坏和温室效应等全球范围内的环境问题日益突出。这些问题的发生，与人类排放到大气中的烃类和氮氧化物密切相关。据不完全估计，每年全球性因燃烧化石燃料而排入大气的NOx约有8.6×1010kg，NOx成为大气环境的主要污染物之一。与此同时，人们对环保的呼声越来越高，各国相继制定和执行日益严格的排放标准，对针对机动车和固定源排放的氮氧化物排放限制日趋严格，因此控制NOx的排放受到科技界和工业界的广泛重视。
我国大型电站绝大部分是常规的燃煤电站，而NOX是燃煤电厂排放的主要污染物之一，2004年我国燃煤锅炉NOx排放量为665.7万吨。根据中国环境科学研究院的研究，到2010年，我国的氮氧化物排放量将达到2100万吨以上，另据估算，我国发电量每增加100亿kwh，NOx的排放量就增加3.9～8.8万吨。氮氧化物排放的快速增加及其大气浓度和氧化性的提高有可能抵消对二氧化硫的控制效果，使酸雨的恶化趋势得不到根本控制。因此，加强对氮氧化物排放量的控制对减少酸雨有重要贡献。
近年来，世界各国对氮氧化物(NOx)排放非常重视，并对氮氧化物排放提出了越来越高的要求，我国也于2003年出台的新的《火电厂大气污染排放标准》(GB13223-2003)对NOx的排放浓度做出了明确的要求，规定第三时段的燃煤电厂燃料挥发分大于10％时，NOx的排放质量浓度不得大于450mg/m3，并且要求“第三时段大气污染控制单元必须预留脱氮装置空间。
选择性催化还原法(SCR)是脱除燃煤烟气中氮氧化物效率最高、最成熟、应用最广泛的方法。该技术在国外已经实现工业化运行，国内在催化剂制备、脱硝机理、烟气中其他组分对脱硝的影响等方面也已经开展了大量的研究。“十二五”期间，国内达到一定规模的电厂都将使用V2O5-WO3/TiO2作为脱硝催化剂。
但是目前V2O5-WO3/TiO2催化剂由于碱金属中毒、砷中毒、物理堵塞等原因，使用2-3年后就失去活性。目前国外对废弃后的催化剂大都采用直接填埋的方式，但这样会引起环境污染，造成金属资源的浪费，同时废弃物堆积、填埋还占用土地。因此，对废弃催化剂进行活性再生十分必要和紧迫。
碱金属中毒是催化剂失活的主要原因，碱金属氧化物的存在使V2O5-WO3/TiO2催化剂表面的Bronsted酸性位大大减少，使催化剂失去吸附NH3的能力，从而使催化剂失去活性。现有的再生方法包括水洗、酸洗等。水洗的效果不明显，酸洗虽然效果比较好，但是废酸是腐蚀性物质，需要特殊处理，否则将污染环境。
发明内容
为了达到上述目的，本发明的目的在于提供一种V2O5-WO3/TiO2催化剂碱金属中毒后的再生方法，根据碱金属离子能在电场作用下在水中游动的特点，以实现V2O5-WO3/TiO2催化剂的重复利用，减少因催化剂废弃造成的环境污染和金属资源浪费，避免填埋占地及费用。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种V2O5-WO3/TiO2催化剂碱金属中毒后的再生方法，步骤如下：
步骤一、将中毒后的V2O5-WO3/TiO2催化剂通过压碎、过筛，制作成40-60目的颗粒状催化剂；
步骤二、在盛有80ml去离子水的容器中插入两块钛电极板，电极板长8-10cm，宽4-6cm，厚1-3mm，极板间距离为0.5-0.9cm；
步骤三、将步骤一过筛后的催化剂0.15-0.25g包裹在滤纸中，并悬挂在电极板间，且避免滤纸团被去离子水溶液全部淹没；
步骤四、将直流稳压电源接入电极板，使用1.6V的稳定电压稳压条件下再生24h-36h；
步骤五、取出包裹有催化剂的滤纸团，放在瓷杯中，在100-120℃的烘箱中烘12h-20h。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、条件简单，易达到。本发明只需要一个直流稳压电源和两块电极板，并且电压仅需1.6V，所需能耗小。
2、安全环保，无污染。本发明对催化剂再生后不会产生难以处理的污染物。
3、再生效果明显。本发明对Na，K中毒的催化剂具有很好的再生效果，能使催化剂从再生前的30％以下恢复到再生后的80％以上。
附图说明
图1为1％Na中毒催化剂再生24h前后活性比较。
图2为1％K中毒催化剂再生24h前后活性比较。
图3为1％Na中毒催化剂再生前后36h前后活性比较。
具体实施方式
实施例一
本实施例步骤如下：
步骤一、将Na2O质量分数为1％的中毒V2O5-WO3/TiO2催化剂0.15g通过压碎、过筛，制作成40目的颗粒状催化剂；
步骤二、在盛有80ml去离子水的容器中插入两块钛电极板，电极板长8cm，宽5cm，厚1.5mm，极板间距离为0.8cm；
步骤三、将步骤一过筛后的催化剂包裹在滤纸中，并悬挂在电极板间，且避免滤纸团被去离子水溶液全部淹没；
步骤四、将直流稳压电源接入电极板，使用1.6V的稳定电压稳压条件下再生30h；
步骤五、取出包裹有催化剂的滤纸团，放在瓷杯中，在110℃的烘箱中烘12h。
图1为使用电泳法对1％Na中毒催化剂进行再生前后催化剂催化还原NOx的测试结果，反应条件为：0.15g催化剂，500ppm NO，500ppm NH3，3％O2，N2为平衡气，总流量为300ml/min。
V2O5-WO3/TiO2催化剂的正常工作温度区间为300-450℃，从图1可以看出，催化剂在再生前对NOX转化率仅30％左右，再生后催化剂对NOX转化率达到80％以上，说明电泳法能很大程度上恢复Na中毒催化剂的活性。
实施例二
本实施例步骤如下：
步骤一、将K2O质量分数为1％的的中毒V2O5-WO3/TiO2催化剂0.2g通过压碎、过筛，制作成60目的颗粒状催化剂；
步骤二、在盛有80ml去离子水的容器中插入两块钛电极板，电极板长8cm，宽5cm，厚1.4mm，极板间距离为0.82cm；
步骤三、将步骤一过筛后的催化剂包裹在滤纸中，并悬挂在电极板间，且避免滤纸团被去离子水溶液全部淹没；
步骤四、将直流稳压电源接入电极板，使用1.6V的稳定电压稳压条件下再生24h；
步骤五、取出包裹有催化剂的滤纸团，放在瓷杯中，在110℃的烘箱中烘20h。
图2为使用电泳法对1％Na中毒催化剂进行再生前后催化剂催化还原NOx的测试结果，反应条件为：0.15g催化剂，500ppm NO，500ppm NH3，3％O2，N2为平衡气，总流量为300ml/min。
从图2可以看出，1％K中毒催化剂在再生前对NOX转化率仅20％左右，再生后催化剂对NOX转化率达到90％以上，说明电泳法能很大程度上恢复K中毒催化剂的活性。
实施例三
本实施例步骤如下：
步骤一、将Na2O质量分数为1％的的中毒V2O5-WO3/TiO2催化剂0.25g通过压碎、过筛，制作成60目的颗粒状催化剂；
步骤二、在盛有80ml去离子水的容器中插入两块钛电极板，电极板长8.5cm，宽4.7cm，厚1.5mm，极板间距离为0.75cm；
步骤三、将步骤一过筛后的催化剂包裹在滤纸中，并悬挂在电极板间，且避免滤纸团被去离子水溶液全部淹没；
步骤四、将直流稳压电源接入电极板，使用1.6V的稳定电压稳压条件下再生36h；
步骤五、取出包裹有催化剂的滤纸团，放在瓷杯中，在110℃的烘箱中烘16h。
图3为使用电泳法对1％Na中毒催化剂进行再生36h前后催化剂催化还原NOx的测试结果，反应条件为：0.15g催化剂，500ppmNO，500ppm NH3，3％O2，N2为平衡气，总流量为300ml/min。
从图3可以看出，1％Na中毒催化剂在再生前对NOX转化率仅30％左右，再生后催化剂对NOX转化率达到90％以上，说明电泳法能很大程度上恢复Na中毒催化剂的活性。

Claims (4)

1.一种V2O5-WO3/TiO2催化剂碱金属中毒后的再生方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、将中毒后的V2O5-WO3/TiO2催化剂通过压碎、过筛，制作成40-60目的颗粒状催化剂；
步骤二、在盛有80ml去离子水的容器中插入两块钛电极板，电极板长8-10cm，宽4-6cm，厚1-3mm，极板间距离为0.5-0.9cm；
步骤三、将步骤一过筛后的催化剂0.15-0.25g包裹在滤纸中，并悬挂在电极板间，且避免滤纸团被去离子水溶液全部淹没；
步骤四、将直流稳压电源接入电极板，使用1.6V的稳定电压稳压条件下再生24h-36h；
步骤五、取出包裹有催化剂的滤纸团，放在瓷杯中，在100-120℃的烘箱中烘12h-20h。
2.根据权利要求1所述的一种V2O5-WO3/TiO2催化剂碱金属中毒后的再生方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、将Na2O质量分数为1％的中毒V2O5-WO3/TiO2催化剂0.15g通过压碎、过筛，制作成40目的颗粒状催化剂；
步骤二、在盛有80ml去离子水的容器中插入两块钛电极板，电极板长8cm，宽5cm，厚1.5mm，极板间距离为0.8cm；
步骤三、将步骤一过筛后的催化剂包裹在滤纸中，并悬挂在电极板间，且避免滤纸团被去离子水溶液全部淹没；
步骤四、将直流稳压电源接入电极板，使用1.6V的稳定电压稳压条件下再生30h；
步骤五、取出包裹有催化剂的滤纸团，放在瓷杯中，在110℃的烘箱中烘12h。
3.根据权利要求1所述的一种V2O5-WO3/TiO2催化剂碱金属中毒后的再生方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、将K2O质量分数为1％的的中毒V2O5-WO3/TiO2催化剂0.2g通过压碎、过筛，制作成60目的颗粒状催化剂；
步骤二、在盛有80ml去离子水的容器中插入两块钛电极板，电极板长8cm，宽5cm，厚1.4mm，极板间距离为0.82cm；
步骤三、将步骤一过筛后的催化剂包裹在滤纸中，并悬挂在电极板间，且避免滤纸团被去离子水溶液全部淹没；
步骤四、将直流稳压电源接入电极板，使用1.6V的稳定电压稳压条件下再生24h；
步骤五、取出包裹有催化剂的滤纸团，放在瓷杯中，在110℃的烘箱中烘20h。
4.根据权利要求1所述的一种V2O5-WO3/TiO2催化剂碱金属中毒后的再生方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、将Na2O质量分数为1％的的中毒V2O5-WOX/TiO2催化剂0.25g通过压碎、过筛，制作成60目的颗粒状催化剂；
步骤二、在盛有80ml去离子水的容器中插入两块钛电极板，电极板长8.5cm，宽4.7cm，厚1.5mm，极板间距离为0.75cm；
步骤三、将步骤一过筛后的催化剂包裹在滤纸中，并悬挂在电极板间，且避免滤纸团被去离子水溶液全部淹没；
步骤四、将直流稳压电源接入电极板，使用1.6V的稳定电压稳压条件下再生36h；
步骤五、取出包裹有催化剂的滤纸团，放在瓷杯中，在110℃的烘箱中烘16h。
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