本發明專利技術提供了一種石墨烯負載鈦基核殼結構的低溫SCR抗硫催化劑及其制備方法。該催化劑首先以納米粒子MnOx-CeO2為核和TiO2為殼構成復合納米核殼結構MnOx-CeO2@TiO2，然后將MnOx-CeO2@TiO2與石墨烯相復合構成的石墨烯負載的鈦基核殼結構催化劑，該催化劑尺寸范圍約20-200nm，其中納米核殼結構MnOx-CeO2@TiO2中Mn、Ce和Ti三種元素的摩爾比例為0.05～1：0.05～1：1，石墨烯載體與納米核殼結構MnOx-CeO2@TiO2的質量比為0.01～0.6：1。本發明專利技術首次構筑石墨烯負載的鈦基核殼結構，借助核殼催化劑特殊的理化特性來保護催化劑的活性中心，借助石墨烯來降低硫酸銨鹽的累積，從而增強低溫脫硝催化劑的抗硫能力。
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術提供了一種石墨烯負載鈦基核殼結構的低溫SCR抗硫催化劑及其制備方法。該催化劑首先以納米粒子MnOx-CeO2為核和TiO2為殼構成復合納米核殼結構MnOx-CeO2@TiO2，然后將MnOx-CeO2@TiO2與石墨烯相復合構成的石墨烯負載的鈦基核殼結構催化劑，該催化劑尺寸范圍約20-200nm，其中納米核殼結構MnOx-CeO2@TiO2中Mn、Ce和Ti三種元素的摩爾比例為0.05～1：0.05～1：1，石墨烯載體與納米核殼結構MnOx-CeO2@TiO2的質量比為0.01～0.6：1。本專利技術首次構筑石墨烯負載的鈦基核殼結構，借助核殼催化劑特殊的理化特性來保護催化劑的活性中心，借助石墨烯來降低硫酸銨鹽的累積，從而增強低溫脫硝催化劑的抗硫能力。【專利說明】石墨烯負載鈦基核殼結構的低溫SCR抗硫催化劑及制備方法
本專利技術涉及大氣污染控制
，具體涉及一種石墨烯負載鈦基核殼結構的低溫SCR抗硫催化劑及其制備工藝，適用于燃煤電廠、工業鍋爐、煅燒窯爐等固定源及稀燃汽油車和柴油車等移動原排放氮氧化物(NOx)的消除，屬于環境催化材料和環境保護
。
技術介紹
低溫SCR催化脫硝技術的研究自上世紀90年代開始一直持續至今，在各國研究人員的共同努力下，低溫SCR脫硝催化劑得到了一次次卓有成效的改進，尤其是低溫活性和選擇性都有大幅度的提高。近年來，低溫SCR脫硝催化劑二氧化硫中毒問題一直困擾著各國學者，成為公認的技術發展瓶頸。其中石墨烯與無機納米材料構成的復合物，因其特有的催化活性和穩定性，引起了越來越多研究者的興趣。在低溫催化劑中引入石墨烯載體，能充分利用其電子傳導的速度，有助于降低硫酸銨鹽的分解溫度，提高硫酸銨鹽的活性和反應能力，減少硫酸銨鹽在催化劑表面的沉積。 專利號為CN201310106570.4的專利技術專利提出了《一種石墨烯促進型水滑石基脫硝催化劑及其制備方法》，該方法制得的催化劑通過共沉淀法將水滑石(LDHs)納米片負載于石墨烯表面，焙燒后得到M2+2Mg2+Al3+ (O)，該催化劑對NOx的儲存量具有很高的催化活性和較好的穩定性，大大優于無石墨烯促進型水滑石基催化劑，同時還具有增強的NO直接分解能力。專利號為CN201210212988.9的專利技術專利提出了《Mn02_Ti02石墨烯-多孔無機陶瓷膜低溫脫硝催化劑及其制備方法》，該工藝將催化劑以多孔無機陶瓷膜為載體，將Μη02、T12與石墨烯的復合物負載于載體表面，載體具有多孔結構以及極大的比表面積，可使活性物質均勻的分散于載體表面，為催化反應提供更多的活化中心，增大了 NOx的轉化率。MnO2作為催化劑的主要活性成分，在低溫下具有很高的催化性能。此外，石墨烯具有極高的比表面積、極高的機械強度、極其穩定的結構以及獨特的電子運輸特性，可提高材料的低溫下的催化性能。 有研究表明以介孔T12為殼，以MnOx-CeOx/CNTs為核的復合催化劑在300°C的反應條件下具有較好的SO2抗性，該催化劑介孔的T12殼不僅能夠阻止硫酸銨鹽的生成而且抑制了 SOjiMn的侵蝕。近年來，石墨烯與無機納米材料構成的復合物，因其特有的催化活性和穩定性，引起了越來越多研究者的興趣，石墨烯從性能上來看具有優異的特性，例如高電導率和熱導率、高載流子遷移率、自由的電子移動空間、高強度和剛度等。因此本專利技術提出了一種全新的抗硫催化劑制備思路-構筑石墨烯負載的鈦基核殼結構納米材料。
技術實現思路
針對當前煙氣中SO2引起的低溫SCR脫硝催化劑嚴重中毒的問題，本專利技術提出一種全新的石墨烯負載鈦基核殼脫硝催化劑及其制備方法，借助構筑以納米MnOx-CeO2為核以T12為殼核催化劑特殊的理化特性來保護催化劑的活性中心，借助石墨烯材料作為低溫SCR催化劑的載體可以降低硫酸銨鹽的累積，從而增強低溫脫硝催化劑的抗硫能力。 本專利技術采用的技術方案如下:一種石墨烯負載鈦基核殼結構的低溫SCR抗硫催化劑，由復合納米粒子MnOx-CeO2為核，T12為殼以石墨烯作為催化劑的載體，構筑成石墨烯負載鈦基核殼結構，所述催化劑的尺寸范圍為20-200nm，其中Mn、Ce、T1、石墨烯三種元素的摩爾比例為0.05?1:0.05?1:1:1，石墨烯載體與納米核殼結構MnOx-CeO2OT12的質量比為0.01?0.6:1。 上述一種石墨烯負載鈦基核殼結構的低溫SCR抗硫催化劑的制備方法，具體步驟如下:(1)制備MnOx-CeO2復合納米粒子根據所需的Mn、Ce元素的摩爾比，將質量分數為20%的硝酸鈰和硝酸錳溶液進行混合，逐滴加入摩爾濃度為6mol/L的濃氫氧化鈉溶液直至解析完全，然后將混合液轉移至水熱釜中，120-240°C下反應12-48h，離心，并用去離子水和乙醇交替洗滌，固體在80_120°C下干燥，最終于300-600°C溫度下煅燒l_4h得到納米MnOx-CeO2顆粒物； (2)制備MnOx-CeO2OT12核殼催化劑在以CTAB為表面活性劑、正戊醇為助表面活性劑、環己烷為油相的反相微乳液中制備出核殼結構納米顆粒:首先把CTAB、環己烷和正戊醇混合，攪拌至透明制備成緩沖液，其中CTAB的質量分數為1.5-10%、環己烷的質量分數為20-40%、其余為正戊醇，然后加入步驟 (1)得到的納米MnOx-CeO2顆粒物分散；用硝酸調節pH值在2.5-5.5之間，再加入鈦酸正丁酯的乙醇分散液，超聲反應，離心、并用去離子水和乙醇交替洗滌、固體在80-120°C下干燥后，于300-600°C溫度下煅燒l_4h，最后得到MnOx-CeO2OT12核殼納米顆粒；(3)制備氧化石墨烯及石墨烯負載MnOx-CeO2OT12催化劑將石墨、硝酸鈉、高錳酸鉀和濃硫酸在冰水浴中混合攪拌2h成為黑綠色的糊狀物，其中石墨的質量分數為5-20%、硝酸鈉的質量分數為5-20%、高錳酸鉀的質量分數為20-50%、其余為濃硫酸，然后將混合物置于35°C的水浴中保持30min，隨后緩慢加入10ml去離子水，將溶液置于80-120°C下3h，后用H2O2對混合物進一步處理后，離心、過濾、洗滌去除硫酸根離子，得到混合物的固體，最后將固體分散于水中超聲lh，便制得氧化石墨烯；將步驟 (2)制得的催化劑加入到氧化石墨烯水溶液中，混合攪拌12h后，用濃度為10%鹽酸和雙氧水的溶液進行洗滌數次以去除雜質，干燥后便得到石墨烯負載MnOx-CeO2OT12核殼結構的催化劑。 本專利技術的低溫SCR抗硫催化劑是一種以納米MnOx-CeO2為核、以T12為殼、以石墨烯為催化劑載體的石墨烯負載鈦基核殼結構的催化劑，其中MnOx-CeO2OT12核殼結構的低溫SCR催化劑，將催化劑的活性中心通過T12外殼保護起來，減少活性中心與煙氣中SO2接觸的概率，從而避免活性中心被SO2侵蝕發生不可逆的中毒，能提高NOx的轉換率，在低溫下不僅展現出較好的脫硝活性和選擇性，還具有優良的抗堿/堿土金屬中毒的能力。同時石墨烯作為低溫SCR催化劑的載體能充分利用其電子傳導的速度，有助于降低硫酸銨鹽的分解溫度，提高硫酸銨鹽的活性和反應能力，減少硫酸銨鹽在催化劑表面的沉積從而增強催化劑的抗SO2中毒的能力。與現有的脫硝本文檔來自技高網...
【技術保護點】
石墨烯負載鈦基核殼結構的低溫SCR抗硫催化劑，其特征在于，該催化劑是以復合納米核殼結構MnOx?CeO2@TiO2為活性組分，以石墨烯材料作為載體；所述催化劑的尺寸范圍為20?200nm，其中納米核殼結構MnOx?CeO2@TiO2中Mn、Ce和Ti三種元素的摩爾比例為0.05～1：0.05～1：1，石墨烯載體與納米核殼結構MnOx?CeO2@TiO2的質量比為0.01～0.6：1。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：盛重義，楊柳，周愛奕，譚月，
申請(專利權)人：南京師范大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。