Новый эффективный метод изготовления используемых для очистки газовых выбросов высокопроизводительных катализаторов на основе оксидов ванадия, титана и вольфрама разработали в сотрудничестве с коллегами из Китая ученые Томского политехнического университета (ТПУ), 6 ноября сообщает пресс-служба университета.

Результаты исследования ученые представили в статье «Катализаторы на основе нанолистов V₂O₅-WO₃/TiO₂ для эффективного удаления NOx» (Mesh-supported V₂O₅-WO₃/TiO₂ nanosheet array catalysts for efficient removal of NOx), опубликованной в журнале Tungsten (Q1, IF: 5.6).

Одними из основных загрязнителей воздуха, вызывающими истощение озонового слоя, фотохимический смог и кислотные дожди, считаются оксиды азота (NOx), которые содержатся в том числе в газовых выбросах угольных электростанций. Широко используемым эффективным методом очистки таких выбросов от оксидов азота (денитрации) является каталитическое восстановление.

Для денитрации дымовых газов угольных электростанций широко применяются катализаторы на основе оксидов ванадия, титана и вольфрама, что обусловлено их высокой активностью, устойчивостью и хорошей селективностью. Однако рабочие температуры большинства подобных катализаторов, предлагаемых производителями, составляют от 300 до 400 °C, тогда как температура газовых выбросов угольных электростанций обычно ниже 300 °C.

Кроме того, в газовых выбросах содержатся высокие концентрации оксида серы, что снижает эффективность процесса денитрации, вызывает загрязнение катализатора и коррозию оборудования. Поэтому при производстве подобных катализаторов встает задача добиться термической стабильности, устойчивости к оксиду серы и активности при температурах газовых выбросов.

Большинство исследований в этом направлении в основном посвящены модификации порошковых катализаторов, тогда как монолитные катализаторы на основе металлических проволок, создаваемые обычно экструзионным формованием, более удобны для применения, обладают высокой механической прочностью, хорошей теплопередачей и устойчивостью к засорению частицами пыли.

Проблемой, однако, являются особенности их поверхности, требующие обработки для увеличения шероховатости, которая повышает каталитические свойства.

Один из авторов статьи, профессор Научно-образовательного центра Н. М. Кижнера Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ Владимир Ан отметил:

«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».

Чтобы решить эту задачу, исследователи использовали методы плазменно-электролитического окисления (ПЭО) и гидротермальной реакции, которые стимулировали рост массивов нанолистов оксида титана, обеспечивали сильную адгезию и высокую эффективность компонентов, которые затем наносились на поверхность нанолистов методом осаждения.

Исследования изготовленных новым способом образцов показали, что полученные монолитные сетчатые катализаторы обеспечивают высокую эффективность использования активных компонентов и демонстрируют сильные синергетические эффекты в сравнении с катализаторами на основе керамики. Такие катализаторы хорошо работают при низкой температуре денитрификации и имеют высокую устойчивость 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», — добавил ученый.

В исследовании со стороны КНР участвовали сотрудники факультета материаловедения и инженерии Северо-Восточного университета и Фошаньской высшей школы инноваций Северо-Восточного университета.