柴油车尾气SCR催化剂的制备与测试

在船舶动力、发电、灌溉、车辆动力等广阔的领域，柴油机得到了广泛的应用，在车用动力方面的优势尤为明显，全球车用动力"柴油化"趋势日益形成。柴油机的燃烧方式决定了它燃油经济性优越于汽油机。但随着我国汽车保有量的增加，柴油车尾气排放所带来的环境污染问题日益严峻。柴油机尾气中有害成分主要有：一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOX）、二氧化硫（SO2）和臭气等有害气体及各种固体微粒（碳烟）。据统计,目前我国移动源所排放NOx总量的65%来自柴油车。为了控制日益严峻的环境污染趋势，我国对柴油车尾气排放标准的要求也将日益苛刻。目前在柴油机尾气NOx净化领域，国际上主要有两条相对成熟的技术路线。一条是以美国发动机企业为代表的EGR（Exhaust Gas Recirculation）+DPF路线，另一条是以欧洲发动机企业为代表的优化燃烧+SCR路线。由于我国大部分地区所销售的柴油硫含量都比较高，且要在短期内将其降到能够满足DPF要求的硫含量范围很难。因此，在选择技术路线时，需要考虑我国具体国情。采用优化燃烧+SCR路线，其一可降低发动机油耗5%7%，其二在我国尿素溶液的获得较为容易。而在整个SCR系统中，选择合适高效的SCR催化剂作为关键的一环也是研究工作中的重中之重。本文根据目前SCR催化剂的发展状况和未来的发展要求，采用新型的制备方法即溶胶凝胶法和浸渍法相结合的方法制备了一系列V2O5-WO3/TiO2催化剂样品，并通过XRD和BET测试对催化剂样品的理化性能进行了表征，利用实验室自制的尾气模拟系统对催化剂样品的活性进行了测试，通过测试的结果表明：当V2O5含量为3%时，催化剂表现出较高的催化活性和较宽的活性窗口。当O2浓度大于2%时，O2浓度对催化剂的催化活性影响较小。在低温条件下高空气流速会使催化剂对NOx的脱除率降低较大幅度，而在高温条件下空气流速对NOx的脱除率影响较小。利用上述催化剂样品的制备方法，更有利于催化剂在金属载体上的涂覆。为了更好的模拟实际情况，我们将V2O5-WO3/TiO2催化剂涂覆到金属载体上制得小型金属SCR催化反应器，并通过自制的SCR反应系统，对其性能进行了测试，通过测试结果表明了金属SCR催化反应器能够较好的达到净化NO的效果。由于传统的V2O5-WO3/TiO2催化剂在350—450℃的温度区间内对NOx有较好的催化效果，而在100—300℃的温度区间内对NOx的催化还原效果并不理想，因此在本文中作者通过浸渍法制备了一系列钨掺杂MnOx/TiO2低温SCR催化剂样品，并通过XRD、SEM和NH3—TPD等表征方法以及活性测试，所得到的结果表明：钨元素的引入能够明显的改善Mn-Ti催化剂的低温SCR活性。在140—280℃的温度区间内，Mn（0.2）W（0.1）Ti催化剂样品对NO的脱除率达到了99%左右。从SEM图像中可以知道钨的引入能够提高催化剂样品的热稳定性，并且能够抑制催化剂发生烧结现象。此外，从NH3—TPD谱图中可以得到钨的引入能够增加催化剂的酸位数量和增强酸位的强度。