Ученые нашли более экологичный и простой способ получения катализаторов для очистки газовых выбросов
Оксиды азота (NOх) считаются одними из основных загрязнителей воздуха, приводящих к таким вредным последствиям, как истощение озонового слоя, фотохимический смог и кислотные дожди. При этом селективное каталитическое восстановление получило широкое применение для очистки газовых выбросов от NOх благодаря высокой эффективности.
Катализаторы на основе оксидов ванадия, титана и вольфрама широко используются для денитрации дымовых газов угольных электростанций благодаря их высокой активности, устойчивости и хорошей селективности. При этом большинство подобных коммерческих катализаторов рассчитаны на использование при температуре от 300 до 400 градусов Цельсия.
Однако газовые выбросы угольных электростанций обычно имеют температуру ниже 300 градусов Цельсия и содержат высокие концентрации оксида серы. Это приводит к снижению эффективности процесса денитрации и побочным эффектам, вызывающим загрязнение катализатора и способствующим коррозии оборудования.
Основные задачи при производстве подобных катализаторов – добиться термической стабильности, устойчивости к оксиду серы и низкотемпературной активности. Однако многочисленные исследования посвящены, в основном, модификации порошковых катализаторов. При этом монолитные катализаторы, распространенным методом создания которых является экструзионное формование, более удобны для применения. Еще большими преимуществами – высокой механической прочностью, низким перепадом давления, хорошей теплопередачей и устойчивостью к засорению частицами пыли – обладают монолитные катализаторы на основе металлических проволок. Однако особенности их поверхности создают проблемы для покрытия и часто требуют предварительной обработки для увеличения шероховатости.
«Наиболее подходящий метод, позволяющий решить эту проблему, увеличить активную область и обеспечить максимальную функциональность и срок службы монолитных катализаторов на основе оксидов ванадия, титана и вольфрама, еще не разработан. В этом исследовании были использованы методы плазменно-электролитического окисления (ПЭО) и гидротермальной реакции для облегчения роста in situ массивов нанолистов оксида титана, обеспечения сильной адгезии и высокой эффективности компонентов. Затем активные компоненты наносились на поверхность нанолистов методом осаждения», – говорит один из авторов статьи, профессор НОЦ Н.М. Кижнера ТПУ Владимир Ан.
Проведенные исследования образцов показали, что полученные монолитные сетчатые катализаторы показывают высокую эффективность использования активных компонентов и демонстрируют сильные синергетические эффекты, по сравнению с часто используемыми катализаторами на основе керамики. Так, они обладают превосходной низкотемпературной денитрифицирующей активностью и высокой устойчивостью к оксиду серы.
«Кроме того, разработанный подход позволяет сократить количество этапов, обычно используемых для получения катализаторов на основе оксидов, ванадия, титана и вольфрама. Таким образом, это более экологичный и простой метод производства высокопроизводительных катализаторов, чье применение, в перспективе, позволит более эффективно очищать газовые выбросы в промышленности», – добавляет ученый.
В исследовании участвовали сотрудники факультета материаловедения и инженерии Северо-Восточного университета (КНР), Фошаньской высшей школы инноваций Северо-Восточного университета и Научно-исследовательского центра им. Н.М. Кижнера Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ.
Источник: пресс-служба Томского политехнического университета