Page 41 - 《精细化工》2022年第6期

第 6 期 王秋麟，等: 二氧化钛纳米管的制备及其在 SCR 脱硝领域应用的研究进展 ·1107·

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术 、低 NO x 燃烧技术 和燃烧后处理技术 。选择 需求的多孔模板；其次，通过物理或化学方法将 TiO 2
性催化还原法（SCR）是目前广为应用的最有效的 纳米基元沉积入模板孔洞；最后，利用酸或碱溶液
燃烧后烟气脱硝技术。目前，商用 SCR 催化剂 溶解去除模板，得到排列有序的 TiNTs 成品 [31] 。
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（V 2 O 5 -WO 3 /TiO 2 ）活性温度窗口为 300~400 ℃ 。
为尽量避免催化剂腐蚀和磨损，SCR 装置通常布置
于脱硫和除尘设备之后，此处烟气温度仅为 150~
160 ℃。为使催化剂充分发挥活性，通常布置蒸汽
烟气换热器，对催化装置入口烟气进行再热以达到
催化剂活性温度窗口。烟气再热既增加额外设备，
又消耗大量热能。因此，低温高效 SCR 催化剂具有
显著经济效益和广阔的应用前景。过渡金属氧化物
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（如 VO x 、MnO x 、CeO x 、CuO x 和 FeO x 等）
在低温下具有良好脱硝活性，是现阶段低温催化剂
的研究热点。然而，已有低温催化剂对实际烟气成
分，如粉尘颗粒、碱金属（如 Na、K 和 Ca 等）、重
金属（如 Hg、Pb 和 Cd）和酸性气体（如 SO 2 和
HCl）等异常敏感，难以长期高效运行 [9-11] 。鉴于此，
研制具有强抗中毒性能的高效低温催化剂是低温催
化脱硝技术广泛应用的前提。
催化剂性能不仅取决于活性组分，还与载体类
型密切相关 [12-17] 。二氧化钛（TiO 2 ）具有化学性质
稳定、无毒性和价格低廉等特点，是目前最常使用
的 SCR 催化剂载体 [18-22] 。与其他形貌的 TiO 2 相比，
TiO 2 纳米管（TiNTs）作为载体对催化剂低温脱硝性
能具有更显著的优化作用，是更为理想的 SCR 催化
剂载体材料 [23-26] 。国内外学者对 TiNTs 在光催化降
解和电解水制氢等方面的研究和应用颇为关注 [27-29] ， 图 1 模板法（a） [31, 38] 、阳极氧化法（b） [39-40] 、水热法
（c） [41, 48-49] 合成 TiNTs 原理图及 TiNTs 成品的
但鲜有综述报道 TiNTs 应用于 SCR 脱硝领域的研究
SEM [31, 39, 41] 和 TEM 图 [38, 40, 48-49]
进展。本文综述了 TiNTs 在 SCR 脱硝领域研究现状，
Fig. 1 Preparation mechanism of TiNTs by template method
概括了 3 种常用的 TiNTs 制备方法、合成原理及主 (a) [31, 38] , anodic oxidation (b) [39-40] and hydrothermal
要影响因素，重点探讨了 TiNTs 负载型催化剂微观 method (c) [41, 48-49] as well as SEM [31, 39, 41] and TEM [38,
40, 48-49] images of TiNTs product
形貌结构及其优化调控，深入阐述了 TiNTs 作为载

体对催化剂低温脱硝活性及抗中毒性能的提升作用 1.1.2 模板法主要影响因素
及作用机制，为后续研究提供借鉴和指导。 模板法制备 TiNTs 主要影响因素包括模板类别
和沉积工艺。常用模板有表面活性剂模板 [32] 和氧化
1 TiNTs 制备方法
铝模板 [30-31] 。前者是由于表面活性剂分子同时含有
TiNTs 载体微观形貌和晶相结构对 TiNTs 负载 亲水性和疏水性基团，能与钛酸四丁酯溶胶自发组
型催化剂低温脱硝性能影响显著 [23-26] 。优化制备方 装成有序聚集体胶束，从而形成中空纳米管 [33] 。表
法和工艺条件从而精准调控 TiNTs 微观形貌和晶相 面活性剂模板虽制备简单，但其孔隙尺寸和形状不
结构，是获得低温活性高和抗中毒能力强的 TiNTs 易控制，难以精准调控 TiNTs 成品微观形貌 [27] 。后
负载型催化剂的重要前提。目前，TiNTs 主要制备 者表面纳米孔分布均匀有序、排列紧密（孔密度高达
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方法有模板法、水热法和阳极氧化法。 1.0×10 个/cm ）、性能稳定，且孔径（5~200 nm）、
1.1 模板法 孔距和膜厚等参数可调 [34] ，能实现 TiNTs 成品微观
1.1.1 模板法原理 形貌灵活调控，目前运用更为广泛。
模板法是利用模板微结构的空间限域作用来调 TiO 2 纳米基元沉积入模板孔洞的主要方式有电
控目标材料的结构和尺寸 [30] 。采用模板法制备 沉积法 [35] 和溶胶-凝胶法 [36] 。电沉积法是通过水解和
TiNTs 主要步骤如图 1a 所示。首先，准备满足制备 电沉积反应将含 Ti 前驱体引入并附着于多孔模板内