一種蜂窩式低溫脫硝催化劑及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種蜂窩式低溫脫硝催化劑，所述催化劑由如下重量百分比的組分制備而成：去離子水40～50wt％、載體15～25wt％、水溶性鐵鹽5～15wt％、水溶性錳鹽5～10wt％、水溶性鈰鹽2～8wt％和粘結劑5～10wt％。本發明專利技術同時提出了上述催化劑的制備方法，包括催化劑漿料的制備、蜂窩狀骨架結構的浸漬、催化劑成型等步驟。本發明專利技術的催化劑具有較寬的溫度窗口，而且低溫活性較高，極大的改善了催化劑的微觀性能，提高了脫硝效率。

【技術實現步驟摘要】
一種蜂窩式低溫脫硝催化劑及其制備方法
本專利技術屬于大氣污染物控制
，具體涉及一種低溫脫硝催化劑及其制備方法。
技術介紹
火電廠、汽車尾氣及工業窯爐排放的氮氧化物(NOx)是主要的大氣污染物之一，易引起酸雨、光化學煙霧、霧霾等環境問題，危害人類健康。根據我國最新的《火電廠大氣污染物排放標準》，從2012年1月1日起所有新建燃煤機組氮氧化物(NOx)排放量要達到100mg/m3，從2014年1月1日起，重點地區火電機組氮氧化物排放量要達到100mg/m3。因此有效的脫除NOx已經成為環保領域重點研究課題。在現今火電廠中大多采用工藝成熟、技術可靠的選擇性催化還原(SCR)技術處理煙氣，來降低NOx排放濃度。目前，商業上廣泛應用的催化劑是V2O5/TiO2系催化劑，但這種催化劑制備困難、價格昂貴；活性溫度窗口較高，催化裝置一般安置在除塵器、脫硫塔之前，容易出現催化劑堵塞、中毒等問題；其重要活性成分V2O5具有毒性，廢棄催化劑的處理也會增加其運營成本。為了降低成本，低溫SCR脫硝催化劑得到國內外學者的關注。
技術實現思路
專利技術目的：為解決現有技術中存在的問題，本專利技術提供一種材料來源廣泛、價格低廉的蜂窩式低溫脫硝催化劑及其制備方法，制備的催化劑具有比表面積大、孔隙度高、催化活性高、抗水抗硫性較好等優點。技術方案：為實現上述技術目的，本專利技術提出了一種蜂窩式低溫脫硝催化劑，其特征在于，所述催化劑由如下重量百分比的組分制備而成：去離子水：40～50wt％載體：15～25wt％水溶性鐵鹽：5～15wt％水溶性錳鹽：5～10wt％水溶性鈰鹽：2～8wt％粘結劑：5～10wt％。具體地，所述的水溶性錳鹽為硝酸錳或醋酸錳的水合物，如四水合硝酸錳、四水合醋酸錳，更優選地，所述的水溶性錳鹽為四水合醋酸錳；所述的水溶性鐵鹽為硝酸鐵或草酸鐵的水合物，如九水合硝酸鐵、五水合草酸鐵，優選地為九水合硝酸鐵；所述的水溶性鈰鹽為硝酸鈰或醋酸鈰的水合物，如六水合硝酸鈰、三水合醋酸鈰，優選地為六水合硝酸鈰為。所述的水溶性鐵鹽為硝酸鐵的水合物，所述的水溶性鈰鹽為硝酸鈰的水合物。優選地，所述的水溶性錳鹽為硝酸錳的水合物，，所述的水溶性鐵鹽為九水合硝酸鐵，所述的水溶性鈰鹽為六水合硝酸鈰。優選地，所述的載體為粉末狀γ-Al2O3或粉末狀活性炭，載體粒徑小于等于40μm。所述的粘結劑為膠體二氧化硅、聚乙烯醇和羧甲基纖維素中的任意一種或他們的混合物，優選地，所述粘接劑由60wt％膠體二氧化硅、25wt％聚乙烯醇和15wt％羧甲基纖維素組成。本專利技術進一步提出了上述的蜂窩式低溫脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)將配方量的可溶性的錳鹽、可溶性的鐵鹽和可溶性的鈰鹽加入配方量的去離子水中配成混合溶液；(2)將配方量的載體加入到上述混合溶液中，恒溫攪拌，將攪拌后的混合物放入超聲波發生器中進行超聲浸漬，向浸漬后的混合物中加入配方量的粘接劑形成漿料；(3)將蜂窩狀骨架結構放入步驟(2)配好的漿料中，然后進行超聲浸漬；(4)將浸漬后的蜂窩狀骨架放入微波爐中進行烘干；(5)重復步驟(3)和步驟(4)4～5次后將蜂窩狀骨架結構放入馬弗爐中煅燒然后自然冷卻即制的催化劑。其中，步驟(2)中，恒溫攪拌采用磁力攪拌，條件為：攪拌溫度30～60℃，攪拌時間0.5-1.5h。步驟(2)中，超聲浸漬的條件為：超聲波功率為200～600W，頻率為20～40kHz，浸漬時間為2～6h。優選地，步驟(3)中，超聲浸漬的條件為：超聲波功率為200～600W，頻率為20～40kHz，浸漬時間為5～6h。步驟(4)中，烘干功率為100～800W，烘干時間5～30min。步驟(5)中，所述煅燒溫度為400～600℃，煅燒時間5～7h。有益效果：與現有技術相比，本專利技術具有如下優點：(1)本專利技術所使用的原料來源廣泛、價格低廉，降低了制造脫硝催化劑的成本，而且所使用材料無毒副作用，不會對環境和人類造成傷害；(2)本專利技術使用了超聲波、微波對催化劑經行改性，極大的改善了催化劑的微觀性能，提高了脫硝效率；(3)本專利技術提供的脫硝催化劑具有較寬的溫度窗口，而且低溫活性較高，脫硝單元可置于脫硫除塵單元之后，可降低煙塵、重金屬、二氧化硫對催化劑的毒副作用。制備過程中采用了超聲波浸漬及微波烘干，拓寬了催化劑的活性溫度窗口，提高了其低溫活性。附圖說明圖1為本專利技術制備的不同催化劑樣品脫硝效率比較示意圖；圖2為本專利技術制備的不同催化劑樣品抗硫抗水性能比較示意圖；圖3為聯合改性對催化劑脫硝活性影響的示意圖；圖4為聯合改性對催化劑抗硫抗水性能影響的示意圖；圖5為制備的催化劑的SEM圖，其中，a為催化劑C5，b為催化劑C4。具體實施方式下述實施例中使用的試劑均為常規試劑，其中，使用的蜂窩狀骨架結構選用堇青石陶瓷蜂窩載體，其由北海市輝煌朗潔環保科技(集團)公司生產，600孔/平方英。實施例1催化劑C1的制備。將四水合醋酸錳、九水合硝酸鐵、六水合硝酸鈰溶于50ml去離子水中，配成混合溶液，向該溶液中加入20gγ-Al2O3粉末，控制金屬元素與載體的質量比Mn∶Fe∶Ce∶Al2O3＝8∶2∶4∶100。首先使用磁力恒溫攪拌器40℃下恒溫攪拌1h，將樣品放入超聲波發生器中進行超聲波浸漬，超聲波功率為300W，頻率為30Khz，浸漬時間為2h。而后加入15g粘結劑配成漿料，粘結劑的組成為：膠體二氧化硅60wt％、聚乙烯醇25wt％和羧甲基纖維素15wt％。攪拌后將堇青石陶瓷蜂窩載體放入漿料中以上述超聲波參數浸漬5h，然后將浸漬后的堇青石陶瓷蜂窩載體放入微波爐中進行烘干，微波功率為350W，烘干時間為15min，將堇青石陶瓷蜂窩載體重復浸漬烘干4～5次，最后在馬弗爐中以450℃煅燒5h后自然冷卻，即制得催化劑，記為C1。實施例2催化劑C2的制備。實施步驟如實施例1，其他條件不變，改變Mn∶Fe∶Ce質量比為8∶2∶6，制得催化劑C2。實施例3催化劑C3的制備。實施步驟如實施例1，其他條件不變，改變Mn∶Fe∶Ce質量比為8∶4∶6，制得催化劑C3。實施例4催化劑C4的制備。實施步驟如實施例1，其他條件不變，改變Mn∶Fe∶Ce質量比為8∶6∶8，制得催化劑C4。實施例5催化劑C5的制備。將四水合醋酸錳、九水合硝酸鐵、六水合硝酸鈰溶于去離子水中，配成混合溶液，向該溶液中加入適量γ-Al2O3粉末，控制金屬元素與載體的質量比Mn∶Fe∶Ce∶Al2O3＝8∶6∶8∶100。首先使用磁力恒溫攪拌器40℃下恒溫攪拌1h，將樣品在室溫下靜置浸漬24h。而后加入15g粘結劑配成漿料，粘結劑的組成為：膠體二氧化硅60wt％、聚乙烯醇25wt％和羧甲基纖維素15wt％。配成漿料，攪拌后將蜂窩狀載體放入漿料浸漬5h，然后將浸漬后的堇青石陶瓷蜂窩載體放入烘箱中進行烘干，烘干溫度為105℃，烘干時間為12h，將堇青石陶瓷蜂窩載體重復浸漬烘干4-5次，最后在馬弗爐中以450℃煅燒5h后自然冷卻，即制得催化劑，記為C5。實施例6催化劑脫硝活性實驗。將制備的催化劑裝填在內徑為2cm的不銹鋼固定床反應器內，采用空速18000h-1，通入1000ppmNO、1000ppmNH3以及體積分數3.6％的O2，對不同溫度所得到的脫硝效率作圖。如圖1所示。其中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種蜂窩式低溫脫硝催化劑，其特征在于，所述催化劑由如下重量百分比的組分制備而成：去離子水：40～50wt％載體：15～25wt％水溶性鐵鹽：5～15wt％水溶性錳鹽：5～10wt％水溶性鈰鹽：2～8wt％粘結劑：5～10wt％。

【技術特征摘要】
1.一種蜂窩式低溫脫硝催化劑，其特征在于，所述催化劑由如下重量百分比的組分制備而成：去離子水：40~50wt%載體：15~25wt%水溶性鐵鹽：5~15wt%水溶性錳鹽：5~10wt%水溶性鈰鹽：2~8wt%粘結劑：5~10wt%，其中，Mn：Fe：Ce質量比為8：6：8；所述粘結劑由60wt%膠體二氧化硅、25wt%聚乙烯醇和15wt%羧甲基纖維素組成，其通過如下方法制備得到：（1）將配方量的可溶性的錳鹽、可溶性的鐵鹽和可溶性的鈰鹽加入配方量的去離子水中配成混合溶液；（2）將配方量的載體加入到上述混合溶液中，恒溫攪拌，將攪拌后的混合物放入超聲波發生器中進行超聲浸漬，向浸漬后的混合物中加入配方量的粘結劑形成漿料，超聲浸漬的條件為：超聲波功率為200~600W，頻率為20~40kHz，浸漬時間為2~6h；（3）將蜂窩狀骨架結構放入步驟（2）配好的漿料中，然后進行超聲浸漬，超聲浸漬的條件為：超聲波功率為200~600W，頻...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔡森，歸柯庭，王瑞，梁輝，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32