用于工業(yè)催化劑涂覆成型的粘結劑開發(fā)與應用.pdf

1、隨著中國經濟的快速發(fā)展，工業(yè)源NOx的排放總量迅速增加。當前，針對NOx的排放標準日益嚴格，高效脫硝技術的應用和推廣勢在必行。以NH3作為還原劑的選擇性催化還原(SCR)脫硝技術目前已經得到廣泛應用。該技術以V2O5-WO3/TiO2為催化劑主要配方，催化劑粉體經擠壓成型為蜂窩狀整體式催化劑后應用于工業(yè)煙氣SCR脫硝。然而，擠出式蜂窩催化劑需消耗大量的催化劑粉體，成本相對較高，且機械強度低。
　　堇青石蜂窩陶瓷具有機械強度高、熱膨

2、脹系數(shù)小等優(yōu)點，是優(yōu)良的成型催化劑基體材料。本文利用涂覆法將V2O5-WO3/TiO2粉末涂覆在堇青石表面，將之應用于NH3-SCR脫硝，期望能夠為SCR催化工業(yè)成型尋求一條具有較高經濟性的制備路徑。
　　涂覆法制備整體式蜂窩催化劑的關鍵部分是粉體涂層。涂層是由粘結劑、催化劑粉末和水等混合而成的漿液，其粘結性能決定著涂層強度乃至催化劑的催化性能。目前市場上所用的粘結劑多為國外進口，價格昂貴，基于這一問題，本文首先想嘗試開發(fā)一種具有

3、自主知識產權的粘結劑，以期代替進口粘結劑，降低涂覆式工業(yè)成型催化劑的生產成本。
　　本文首先調研了相關文獻，通過單因素實驗對粘結劑和助劑成分進行分組和添加量優(yōu)化，獲得了一種高效的粘結劑配方。該配方由基膠、交聯(lián)劑、擴鏈劑、溶劑及各種助劑組成。其中，由無定形二氧化硅粒子和水組成的硅溶膠因具有優(yōu)異的粘結作用被選為粘結劑的基膠。但單純的硅溶膠結構不穩(wěn)定，表面功能基團相對單一，故引入了硅烷偶聯(lián)劑Ⅰ作為交聯(lián)劑以改性硅溶膠，增加硅溶膠粒子表面的

4、官能團種類，改善溶膠性能。為了進一步增強與硅溶膠的表面反應，選擇硅烷偶聯(lián)劑Ⅱ做擴鏈劑。為優(yōu)化粘結劑的粘結性能，該配方還包括一系列助劑。其中，醚類溶劑因同時含有親油性基團和親水性基團，可以加快硅烷偶聯(lián)劑與硅溶膠的反應速率;鈦酸酯偶聯(lián)劑可提高填料的填充量，增強粘結劑與無機材料的結合能力;酯類增塑劑可提高固化后涂層的韌性和硬度;硼化合物的加入可進一步提高粘結劑的粘結強度。
　　將該粘結劑與商用的V2O5-WO3/TiO2催化劑粉末混合，

5、制備出催化劑漿液涂覆于堇青石蜂窩陶瓷基體，得到工業(yè)成型催化劑;借助BET、SEM等表征手段探究了催化劑漿液性質（粘結劑的用量、固含量）和催化劑成型制備工藝（催化劑漿液的涂覆方式、涂覆時間和涂覆次數(shù)及成型焙燒的溫度）對涂層負載量、粘結強度、催化活性等的影響。
　　結果表明，粘結劑的用量不同會影響涂層的涂覆效果和催化性能。粘結劑過多會抑制涂覆催化劑的催化活性，過少會降低涂層的涂覆效果，二者都不利于催化活性的提升。當粘粉比θ=1∶5時，

6、涂覆效果和催化活性最優(yōu)。漿料固含量的增加會導致涂層負載量和催化劑的催化活性增加，但是涂層粘結強度卻會因此而降低，經對比實驗驗證，最優(yōu)的固含量為40％。超聲波輔助浸涂法制備的催化劑比普通浸涂法的催化劑涂覆效果更好;涂覆時間過長會破壞粘結結構，降低粘結強度和催化劑的催化活性;時間過短不能滿足負載量的要求，經對比實驗驗證，浸漬時間0.5h為最佳;單次涂覆的涂覆效果和催化活性即可滿足應用要求;粘結劑在350℃下焙燒后所成型的催化劑性能最優(yōu)，在N