钛源对sol-gel法合成TiO2形貌和催化性能的影响文献综述

 2021-09-25 08:09

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1 引言

燃煤电厂和各种工业锅炉排放大量的氮氧化物(NOx),严重污染环境、危害人类健康[1]。选择性催化还原(selective catalytical reduction, SCR)脱硝法,是指在相对较低的温度和催化剂作用下,利用还原剂(如NH3、尿素等)选择性地将NOx还原为氮气,其中最常用的还原剂是NH3。由于 SCR技术反应温度较低,净化率高,运行可靠,二次污染小,是目前应用最广的烟气脱硝(脱除 NOx)技术[2-3]。因为该技术使用大量脱硝催化剂,因而脱硝催化剂的市场需求很大。

在催化剂生产中,最主要的原料是纳米级二氧化钛。虽然近年来,国内一些企业已分别引进日本、德国、美国等发达国家的二氧化钛生产技术,但产能尚不能满足国内需求,又因受国内原材料品质的影响,难以生产出优质的产品,也难以满足未来脱硝市场发展的需要。因此开发廉价高效的纳米二氧化钛催化剂迫在眉睫。

二氧化钛,俗称钛白粉,化学性质稳定,常温下几乎不与其它化合物反应,具有热稳定性、无毒性。自然界中二氧化钛有三种晶型,分别是金红石、锐钛矿和板钛矿型。其中金红石和锐钛矿较为常见,板钛矿属斜方晶系,是不稳定的晶型,当温度升至650℃以上时就会转化成金红石型,不能由合成方法制造,故没有工业价值。锐钛矿属四方晶系,在常温下是稳定的,但在高温下会转化为金红石型,一般认为在165℃以下几乎不进行晶型转化,温度超过730℃时转化得很快。金红石也属四方晶系,它是二氧化钛最稳定的晶型,结构致密,它有着较高的硬度、密度、折光率和介电常数,广泛应用于油漆、造纸、陶瓷、塑料和纺织等工业中,用作重要的白色涂料[4-6]

2 二氧化钛催化剂的历史及其研究现状

2.1 二氧化钛催化剂的历史

二氧化钛作为催化剂大量使用是在上世纪70年代,人们发现钒负载在TiO2上表现出优越的活性和稳定性,而在上世纪60年代主要以钒作为 SCR 催化剂的活性组分,与其他载体相比,TiO2与氧化钒之间具有更良好的亲和性,氧化钒可以均匀地分散在载体当中,从而提高催化剂的活性。同时,70年代初的Fujishima[7]等发现二氧化钛电极在具有光照条件的情况下可以光催化分解水,二氧化钛作为催化剂载体或光催化剂的研究蓬勃发展起来。

2.2 二氧化钛催化剂的研究现状

SCR 技术的原理是在特定催化剂的作用下,用氨或其他还原剂选择性地将烟气中的氮氧化物还原,变成无害的氮气和水蒸气随烟气排放[1]。在这个技术中,催化剂是核心,占整个脱硝成本的一半左右。除了提高钛白粉的产量以及降低成本以外,提高其催化活性也称为一项重要的课题,将普通级别的钛白粉改制成纳米级别以及对其进行化学处理改性从而提高其催化活性是目前最常用的手段。

3 纳米二氧化钛的常见制备方法研究

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