用于工業(yè)催化劑涂覆成型的粘結(jié)劑開發(fā)與應(yīng)用.pdf

1、隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)源NOx的排放總量迅速增加。當(dāng)前，針對(duì)NOx的排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，高效脫硝技術(shù)的應(yīng)用和推廣勢(shì)在必行。以NH3作為還原劑的選擇性催化還原(SCR)脫硝技術(shù)目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。該技術(shù)以V2O5-WO3/TiO2為催化劑主要配方，催化劑粉體經(jīng)擠壓成型為蜂窩狀整體式催化劑后應(yīng)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(duì)較高，且機(jī)械強(qiáng)度低。
　　堇青石蜂窩陶瓷具有機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨

2、脹系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用于NH3-SCR脫硝，期望能夠?yàn)镾CR催化工業(yè)成型尋求一條具有較高經(jīng)濟(jì)性的制備路徑。
　　涂覆法制備整體式蜂窩催化劑的關(guān)鍵部分是粉體涂層。涂層是由粘結(jié)劑、催化劑粉末和水等混合而成的漿液，其粘結(jié)性能決定著涂層強(qiáng)度乃至催化劑的催化性能。目前市場上所用的粘結(jié)劑多為國外進(jìn)口，價(jià)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(shí)產(chǎn)權(quán)的粘結(jié)劑，以期代替進(jìn)口粘結(jié)劑，降低涂覆式工業(yè)成型催化劑的生產(chǎn)成本。
　　本文首先調(diào)研了相關(guān)文獻(xiàn)，通過單因素實(shí)驗(yàn)對(duì)粘結(jié)劑和助劑成分進(jìn)行分組和添加量優(yōu)化，獲得了一種高效的粘結(jié)劑配方。該配方由基膠、交聯(lián)劑、擴(kuò)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(jié)作用被選為粘結(jié)劑的基膠。但單純的硅溶膠結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，表面功能基團(tuán)相對(duì)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(tuán)種類，改善溶膠性能。為了進(jìn)一步增強(qiáng)與硅溶膠的表面反應(yīng)，選擇硅烷偶聯(lián)劑Ⅱ做擴(kuò)鏈劑。為優(yōu)化粘結(jié)劑的粘結(jié)性能，該配方還包括一系列助劑。其中，醚類溶劑因同時(shí)含有親油性基團(tuán)和親水性基團(tuán)，可以加快硅烷偶聯(lián)劑與硅溶膠的反應(yīng)速率;鈦酸酯偶聯(lián)劑可提高填料的填充量，增強(qiáng)粘結(jié)劑與無機(jī)材料的結(jié)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(jìn)一步提高粘結(jié)劑的粘結(jié)強(qiáng)度。
　　將該粘結(jié)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(zhì)（粘結(jié)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(shí)間和涂覆次數(shù)及成型焙燒的溫度）對(duì)涂層負(fù)載量、粘結(jié)強(qiáng)度、催化活性等的影響。
　　結(jié)果表明，粘結(jié)劑的用量不同會(huì)影響涂層的涂覆效果和催化性能。粘結(jié)劑過多會(huì)抑制涂覆催化劑的催化活性，過少會(huì)降低涂層的涂覆效果，二者都不利于催化活性的提升。當(dāng)粘粉比θ=1∶5時(shí)，

6、涂覆效果和催化活性最優(yōu)。漿料固含量的增加會(huì)導(dǎo)致涂層負(fù)載量和催化劑的催化活性增加，但是涂層粘結(jié)強(qiáng)度卻會(huì)因此而降低，經(jīng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)間過長會(huì)破壞粘結(jié)結(jié)構(gòu)，降低粘結(jié)強(qiáng)度和催化劑的催化活性;時(shí)間過短不能滿足負(fù)載量的要求，經(jīng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，浸漬時(shí)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(yīng)用要求;粘結(jié)劑在350℃下焙燒后所成型的催化劑性能最優(yōu)，在N