V2O5-TiO2催化劑載體晶面對汞氧化性能的影響機(jī)理研究.pdf

1、近年來，隨著TiO2可控合成技術(shù)的發(fā)展以及周期性模型在催化相關(guān)的密度泛函理論計算中的應(yīng)用，TiO2不同晶面在催化反應(yīng)中的作用越來越受到研究者的關(guān)注。以TiO2為載體，V2O5為主要活性組分的釩鈦基催化劑不僅有著優(yōu)異的氮氧化物催化還原特性，在碳?xì)浠衔铩⒋碱愐约傲銉r汞的催化氧化方面也都有重要的應(yīng)用。本文以汞的氧化為例，結(jié)合密度泛函理論計算和實驗研究方法，對釩鈦基催化劑載體晶面對催化劑氧化性能的影響進(jìn)行了研究。
　　首先，利用DFT計

2、算方法對不同晶面對釩鈦催化劑汞氧化性能的影響機(jī)理進(jìn)行了研究，主要通過Hg、HCl和HgCl的吸附能以及各吸附體系的電荷轉(zhuǎn)移特性和表面電子結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析。計算結(jié)果顯示，V2O5/TiO2(101)是Hg和HCl的優(yōu)勢吸附表面，Hg與活性Cl反應(yīng)生成HgCl這一步反應(yīng)在該表面優(yōu)先發(fā)生的概率比較大。而(101)表面吸附的HgCl與活性Cl物種繼續(xù)反應(yīng)的能力也略強(qiáng)于(001)表面的HgCl。所以，在HCl存在的條件下，V2O5/TiO2(10

3、1)表面更有利于Hg氧化生成HgCl2。
　　在以上研究的基礎(chǔ)上，本文還關(guān)注了催化劑載體表面氧位點在汞氧化反應(yīng)中的作用。V2O5/TiO2(101)載體表面氧位點對HCl和Hg的吸附活化性能好于V2O5/TiO2(001)載體表面的氧位點。兩類表面上的O(3)位點由于與活性組分O(1)位點在空間結(jié)構(gòu)上的關(guān)系比較特殊，而成為Hg的最佳吸附活化位點。同時，HgCl在該位點的生成在能量上更有優(yōu)勢，且進(jìn)一步與活性氯物種反應(yīng)生成HgCl2的

4、能力最強(qiáng)。HCl在V2O5/TiO2(001)載體表面與氧位點相互作用太強(qiáng)而而導(dǎo)致自身活化程度不高，相對難于生成汞氧化反應(yīng)所需的活性氯物種，不利于汞的催化氧化;在V2O5/TiO2(101)載體表面，其活化效果相對在V2O5/TiO2(001)表面更好，但仍然不及在活性組分O(1)位點上吸附時的效果。
　　為了對理論計算結(jié)果進(jìn)行初步的驗證，先通過控制合成得到了主要暴露(001)晶面的TiO2載體材料，并選取了MC90作為主要暴露(

5、101)晶面的TiO2材料，然后根據(jù)典型商業(yè)SCR催化劑的V2O5含量，利用等體積浸漬法制備得到V2O5/TiO2(001)和V2O5/TiO2(101)催化劑樣品。通過多種表征手段確證了表面能較高的TiO2(001)晶面在相關(guān)實驗條件下的穩(wěn)定性之后，對兩種催化劑的汞氧化性能進(jìn)行了對比研究。汞氧化性能評價實驗表明，V2O5/TiO2(101)樣品的汞氧化效率高于V2O5/TiO2(001)樣品?？疾靻挝槐缺砻娣e的汞氧化效率，V2O5/T