几种酸在废弃脱硝催化剂中提钒效果的比较

发布时间：2020-11-04 18:49

　　 对比盐酸、硫酸、硝酸和草酸等几种常规酸对废弃脱硝催化剂活性组分五氧化二钒(V_2O_5)的提取效果,并考察酸的种类、浓度以及提钒温度对提钒效果的影响。结果表明:盐酸的提钒效果最佳,可将V_2O_5含量降至0.191%(质量分数),几种酸的提钒效果由大到小的顺序依次为盐酸、草酸、硫酸、硝酸。其次,硫酸的浓度对其提钒量影响最大,浓硫酸的效果是稀硫酸的2.8倍;而处理温度则对草酸的提钒效果影响最为显著,室温下草酸较高温少提取58.4%的V_2O_5。Uv-vis结果显示:V_2O_5经盐酸、硫酸以及草酸提取后,在浸渍液中出现(VO)~(2+)的低价钒离子,这有利于提升酸的提钒效果。此外,酸处理对样品的比表面积影响较为显著,经浓草酸处理比表面积可恢复至60.8 m2/g,相比原有废弃催化剂的提升39.6%。
【部分图文】：

公司生产的Nicolet360型FTIR光谱仪测试催化剂的傅立叶变换红外光谱(FT-IR)，KBr压片，分辨率0.9cm1；利用日本株式会社JSM7600F型场发射扫描电子显微镜对催化剂的微观形貌进行观察，分析催化剂酸处理前后表面物理性质的差异；利用瑞士ARL公司生产的ADVANTXP型X射线荧光光谱仪(XRF)分析测定催化剂样品中钒的含量；紫外可见光谱分析则使用UNICO公司生产的UV28型紫外可见分光光度计，扫描范围200~1100nm，扫描精度1nm。2结果与讨论2.1酸处理对样品结构的影响通过XRD考察酸处理对样品晶相结构的影响，分析结果如图1所示。经过不同酸处理的样品和废弃脱硝催化剂原样均在2θ=25.26°附近出现一个强衍射峰，该峰对应于TiO2的(101)晶面；同时，在较高角度37.94°、48.14°、53.98°和55.06°处均产生衍射峰，峰位与标准PDF卡(JCPDS211272)一致，皆归因于锐钛矿型TiO2的特征衍射峰[9]。另外，从谱图上未观察到V2O5和WO3两种物质的特征峰，表明V2O5和WO3在催化剂上分散性良好，酸处理对二者的分散度影响不大[10]。所有样品的XRD谱也未出现金红石型TiO2的特征衍射峰，表明样品中的TiO2在提钒过程中未发生从锐钛矿晶型向金红石晶型的转变，经不同酸液处理后，仍然能够保持良好的锐钛矿晶型。图1废弃脱硝催化剂及经过不同酸处理后样品的XRD谱Fig.1X-raydiffractionpatternsofdifferentsamples通过Scherrer公式进一步分析各样品的晶粒尺寸[11]，结果如表1所列。废弃脱硝催化剂的晶粒尺寸为19.9nm，经盐酸、草酸和硝酸处理后，样品的TiO2晶粒尺寸均维持在(19.0±0.2)nm左右。而在高温条件下经浓硫酸处理的催化剂，TiO2晶粒尺寸略有减小，为17.4nm，这可能与部分TiO2被浓硫酸

2232中国有色金属学报2016年10月此外，由孔径分布图可以发现，酸处理后样品中10nm以上孔道的比例不会改变，2nm以下微孔数量会部分增加，其中硫酸浸渍后样品的微孔恢复程度最为显著。从孔径分布还可看出，5组样品的孔道总数较为接近，由吸脱附曲线也可得出类似结论。由表1进一步定量分析不同酸以及不同处理条件对样品结构的影响。发现与废弃脱硝催化剂相比，酸处理后样品的比表面积均明显提升：其中经盐酸、硫酸和草酸3种酸处理后其表面积均达到50m2/g以上，图2不同样品酸处理后的氮气吸附脱附等温曲线Fig.2Nitrogenadsorptiondesorptionisothermsofdifferentsamples图3废弃催化剂与酸处理后的样品孔径分布曲线Fig.3Poresizedistributionofdifferentsamples高于原来废弃SCR催化剂的43.6m2/g[15]。并且，在高温条件下经浓草酸浸渍后的样品比表面积可达60.8m2/g，相比废弃催化剂提升39.5%，比表面积的增加也有利于其后续的再次回收利用[16]。此外，酸处理对样品的孔容和孔径也均有改善，样品的孔容经盐酸浸渍后由0.23m3/g扩大至0.25m3/g。所有样品比表面积的提升除了因为活性物质—V2O5等发生溶解外，也可能与孔道中沉积的化合物发生溶解有关，包括易使SCR催化剂中毒的NH4HSO4[17]。有研究发现[18]，脱硝过程中产生的NH4HSO4固体使催化剂失活的同表1废弃脱硝催化剂和经不同酸处理的脱硝催化剂样品的结构信息Table1StructuredataofwastedeNOxcatalystandsampleswithdifferentacidtreatmentsAcidAcidconcentrationTreattemperatureCrystalparticlesize/nmSpecificsurfacearea/(m2·g1)Totalporevolume/(m3·g1)Averageporediamete

⑾郑?岽?砗笱?分?10nm以上孔道的比例不会改变，2nm以下微孔数量会部分增加，其中硫酸浸渍后样品的微孔恢复程度最为显著。从孔径分布还可看出，5组样品的孔道总数较为接近，由吸脱附曲线也可得出类似结论。由表1进一步定量分析不同酸以及不同处理条件对样品结构的影响。发现与废弃脱硝催化剂相比，酸处理后样品的比表面积均明显提升：其中经盐酸、硫酸和草酸3种酸处理后其表面积均达到50m2/g以上，图2不同样品酸处理后的氮气吸附脱附等温曲线Fig.2Nitrogenadsorptiondesorptionisothermsofdifferentsamples图3废弃催化剂与酸处理后的样品孔径分布曲线Fig.3Poresizedistributionofdifferentsamples高于原来废弃SCR催化剂的43.6m2/g[15]。并且，在高温条件下经浓草酸浸渍后的样品比表面积可达60.8m2/g，相比废弃催化剂提升39.5%，比表面积的增加也有利于其后续的再次回收利用[16]。此外，酸处理对样品的孔容和孔径也均有改善，样品的孔容经盐酸浸渍后由0.23m3/g扩大至0.25m3/g。所有样品比表面积的提升除了因为活性物质—V2O5等发生溶解外，也可能与孔道中沉积的化合物发生溶解有关，包括易使SCR催化剂中毒的NH4HSO4[17]。有研究发现[18]，脱硝过程中产生的NH4HSO4固体使催化剂失活的同表1废弃脱硝催化剂和经不同酸处理的脱硝催化剂样品的结构信息Table1StructuredataofwastedeNOxcatalystandsampleswithdifferentacidtreatmentsAcidAcidconcentrationTreattemperatureCrystalparticlesize/nmSpecificsurfacearea/(m2·g1)Totalporevolume/(m3·g1)Averageporediameter/nmHClDilutedRT18.843.40.2220.5HT19.048.00.241
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