本發明專利技術提供了一種用于燃煤煙氣同時脫硝脫汞的催化劑及其制備方法和用途，該催化劑包括載體和活性組分，載體為F摻雜二氧化鈦，活性組分為V2O5(五氧化二釩)，所述催化劑的比表面為60?80m2/g，以催化劑的質量為100wt.％計，所述活性組分V2O5的質量為所述催化劑質量的0.5～5wt.％；F的摩爾量為二氧化鈦的摩爾量的0.5～5at.％。該催化劑制備方法簡單，通過一步焙燒即可得到；用于燃煤煙氣中NOx和Hg0的同時去除活性較好，不僅節約了對現有裝置的改造成本，而且減少了對大氣的污染，具有較高的工業應用價值。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于資源與環境
，涉及一種用于燃煤煙氣同時脫硝脫汞的催化劑及其制備方法和用途。
技術介紹
煤炭在我國能源結構中所占比例高達75％，我國每年的煤炭消耗量在20億噸左右，其中70％以上用做燃煤發電，燃煤煙氣中含有多種污染物，其中的重金屬汞因為其持久性、易遷移和高度生物富集性等特點，對人類和生態環境產生極大危害。燃煤煙氣中的汞以三種形式存在：零價汞(Hg0)、氧化態汞(Hg2+)、顆粒態汞(Hgp)。其中，Hgp易被除塵裝置脫除；Hg2+具有水溶性因此可以通過濕法煙氣脫硫裝置去除；而Hg0由于其難溶于水和高揮發性從而難以通過現有的污染物控制設施得到同步的脫除，因此將Hg0氧化成Hg2+從而借助濕法脫硫系統進行脫除是一種經濟有效的汞控制手段。V2O5是一種廣泛應用于脫除燃煤煙氣中NOx的催化劑，近年的研究表明，其對煙氣中的零價汞有一定的氧化能力，能夠部分的將Hg0氧化成Hg2+，但是氧化作用較弱。另一方面，研究表明向TiO2中摻雜F原子，使F原子替代TiO2晶格中部分的O原子，能夠增加TiO2表面的氧空位，從而使得在反應過程中TiO2表面能夠產生更多的活性氧，從而提高TiO2的催化氧化能力。目前，國內有關煙氣同時脫硝脫汞催化劑專利報道較少。現有專利中，CN102294248A公開了一種同時脫硝脫汞的錳鐵復合氧化物催化劑，以TiO2為載體，以MnO2-Fe2O3為活性組份的催化劑，催化活性高，但是催化劑的活性溫度窗口不高從而限制了其工業應用。CN104415766A公開了一種燃煤電站煙氣脫硝脫汞復合催化劑及其制備方法，該專利技術的復合催化劑對煙氣中的NOx有較高的去除率，但制備工藝復雜，需要對硅藻土進行多次改性，同時由于需要引入硼酸鹽玻璃和增塑劑等，成本較高。CN103657636A公開了一種同時脫硝脫汞的板式催化劑及其制備方法，將活性成分涂覆在骨架上，可實現同時脫硝脫汞，但是催化劑缺乏穩定性，在高空速下運行，活性組分容易脫落。CN103480371A公開了一種同時脫硝脫汞催化劑及其制備方法和應用，通過將含釕物質、鈦基脫硝催化劑與雙氧水混合接觸，將接觸后的混合物干燥或不干燥后進行焙燒，所得催化劑比單一功能的鈦基催化劑的NOx的脫除效率明顯提高，且Hg0的氧化效率很高，但是該專利采用貴金屬作為活性組分，成本較高，且對煙氣純凈程度具有較高要求，在高溫脫硝脫汞反應中容易中毒，對惡劣運行工況適應性差。趙煒等人(F摻雜V2O5/TiO2催化劑氨法SCR脫硝反應動力學研究，http://www.paper.edu.cn)報道了采用溶膠凝膠制備了F摻雜的TiO2載體，利用共沉淀法制備了F摻雜的V2O5/TiO2催化劑樣品，研究了F摻雜V2O5/TiO2催化劑上氨選擇性催化還原NO的活性，對其NO轉化的反應速率進行測定。運用Eley-Rideal機理確定了相關的動力學參數，推導出本征動力學方程，得到反應的活化能為10.09kJ/mol。但是，該催化劑沒有應用于燃煤煙氣同時脫硝脫汞。張舒樂等人(dx.doi.org/10.1016/j.cej.2014.04.045)報道了采用溶膠凝膠制備了F摻雜的TiO2載體，利用浸漬法制備了F摻雜的V2O5/TiO2催化劑樣品，該催化劑合成過程中采用了兩次焙燒，且主要研究了催化劑在低溫段(120-240℃)的脫硝性能，并且該催化劑沒有應用于燃煤煙氣同時脫硝脫汞。
技術實現思路
針對現有技術存在的不足，本專利技術的目的在于提供一種用于燃煤煙氣同時脫硝脫汞的催化劑及其制備方法和用途，所述催化劑采用傳統脫硝活性組份V2O5(五氧化二釩)，保留了催化劑的脫硝性能，通過對載體TiO2(二氧化鈦)進行F(氟)摻雜改性，增強催化劑對Hg0的氧化能力，在不增加煙氣凈化裝置的前提下，實現同時脫硝脫汞，不僅節約了對現有裝置的改造成本，而且減少了對大氣的污染，具有較高的工業應用價值。為達此目的，本專利技術采用以下技術方案：本專利技術的目的之一在于提供一種用于燃煤煙氣同時脫硝脫汞的催化劑，所述催化劑包括載體和活性組分，所述載體為F摻雜二氧化鈦，活性組分為V2O5，所述催化劑的比表面為60-80m2/g，所述活性組分V2O5的質量為所述催化劑質量的0.5～5wt.％；F的摩爾量為二氧化鈦的摩爾量的0.5～5at.％。所述催化劑的比表面積可為62m2/g、63m2/g、65m2/g、68m2/g、70m2/g、72m2/g、75m2/g、78m2/g或79m2/g等。所述催化劑經過一步焙燒制備得到，大大提高了催化劑的比表面積，所述高比表面積與特定的F摻雜量、活性組分含量相互配合從而大大提高了催化劑的催化效果。本專利技術中如無特殊說明，所述“wt.％”均指質量百分含量，所述“at.％”均指原子百分含量。通過對V2O5/TiO2(V2O5負載的TiO2)催化劑的載體TiO2進行F摻雜改性，并控制F摻雜的二氧化鈦的比表面積、摻雜的F的量以及活性組分的量，能夠有效的提高其對Hg0的氧化能力，并且不影響其脫硝活性，進而實現煙氣中NOx和Hg0的同時脫除。所述活性組分V2O5的量可為催化劑質量的為0.5～5wt.％，如0.8wt.％、1.2wt.％、1.5wt.％、2.1wt.％、2.4wt.％、2.8wt.％、3.2wt.％、3.5wt.％、3.8wt.％、4wt.％、4.2wt.％、4.5wt.％或4.8wt.％等，優選為0.5～3.0wt.％，更優選為1.0wt.％，F的摩爾量可為二氧化鈦的摩爾量的0.5～5at.％，如0.8at.％、1.2at.％、1.5at.％、2.1at.％、2.4at.％、2.8at.％、3.2at.％、3.5at.％、3.8at.％、4at.％、4.2at.％、4.5at.％或4.8at.％等，優選為0.5～2.5at.％，更優選為1.0at.％。優選地，所述催化劑的平均粒徑大小為20nm。所述催化劑的平均粒徑大小均一。本專利技術的目的之二在于提供一種用于燃煤煙氣同時脫硝脫汞的催化劑的制備方法，所述方法包括如下步驟：(1)將鈦源溶于無水乙醇中，得到鈦源溶液；將氟鹽溶于水和無水乙醇的混合液中，形成氟鹽溶液；(2)將氟鹽溶液與鈦源溶液混合，靜置，陳化，干燥，得到F摻雜的TiO2載體前驅體；(3)將F摻雜的TiO2載體前驅體浸漬于釩前驅體溶液中，旋蒸，干燥，焙燒，得到所述F摻雜型礬基催化劑。所述催化劑的合成方法分為兩步：第一步，通過溶膠凝膠法合成F摻雜型的TiO2載體前驅體，在溶膠凝膠制備TiO2前驅體的過程中添加F元素從而使得合成出來的TiO2晶格中部分的O原子被F原子所替代，增加了TiO2表面的氧空位，從而增強了TiO2的催化氧化能力；第二步，以第一步中合成的F摻雜TiO2載體前驅體為載體，通過浸漬法在TiO2表面負載脫硝活性組分V2O5，最終合成出F摻雜型的礬基催化劑，合成的催化劑用于燃煤煙氣中NOx和Hg0的同時去除。本專利技術提供的制備方法僅采用一步焙燒，大大提高了載體的比表面積，使得催化劑的活性更好。步驟(1)所述鈦源為鈦酸四正丁酯(C16H36O4Ti)和/或異丙醇鈦(C12H28O4Ti)，優選為鈦酸四正丁酯。優選地，步驟(1)中所述鈦源與無水乙醇的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于燃煤煙氣同時脫硝脫汞的催化劑，包括載體和活性組分，所述載體為F摻雜二氧化鈦，活性組分為V2O5，其特征在于，所述催化劑的比表面為60?80m2/g，所述活性組分V2O5的質量為所述催化劑質量的0.5～5wt.％；F的摩爾量為二氧化鈦的摩爾量的0.5～5at.％。
【技術特征摘要】
1.一種用于燃煤煙氣同時脫硝脫汞的催化劑，包括載體和活性組分，所述載體為F摻雜二氧化鈦，活性組分為V2O5，其特征在于，所述催化劑的比表面為60-80m2/g，所述活性組分V2O5的質量為所述催化劑質量的0.5～5wt.％；F的摩爾量為二氧化鈦的摩爾量的0.5～5at.％。2.根據權利要求1所述的催化劑，其特征在于，所述活性組分V2O5的質量為0.5～3.0wt.％，優選1wt.％；優選地，F摻雜量為0.5～2.5at.％，優選1.0at.％；優選地，所述催化劑的平均粒徑大小為20nm。3.一種用于燃煤煙氣同時脫硝脫汞的催化劑的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：(1)將鈦源溶于無水乙醇中，得到鈦源溶液；將氟鹽溶于水和無水乙醇的混合液中，形成氟鹽溶液；(2)將氟鹽溶液與鈦源溶液混合，靜置，陳化，干燥，得到F摻雜的TiO2載體前驅體；(3)將F摻雜的TiO2載體前驅體浸漬于釩前驅體溶液中，旋蒸，干燥，焙燒，得到所述F摻雜型礬基催化劑。4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述鈦源為鈦酸四正丁酯和/或異丙醇鈦，優選為鈦酸四正丁酯；優選地，步驟(1)中所述鈦源與無水乙醇的摩爾比為0.5:1-3:1，優選為1:1；優選地，步驟(1)所述氟鹽為六氟鈦酸銨和/或氟化氨，優選為六氟鈦酸銨；優選地，步驟(1)所述氟鹽溶液中的水與鈦源的摩爾比為1:1-6:1，優選為4:1；優選地，步驟(1)中氟鹽與鈦源的摩爾比為1:100-5:100，優選為2:100。5.利用權利要求3或4所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述氟鹽溶液調節pH為0.3-1.5后再與鈦源溶液混合，優選調節pH為0.45；優選地，采用60wt.％HCl溶液調節氟鹽溶液的pH。6.根據權利要求3-5之一所述的方法，其特征在于，步驟(2)中氟鹽溶液與鈦源溶液混合的方式為：將氟鹽溶液滴加到鈦源溶液中；優選地，步驟(2)所述靜置的時間為10-120min，優選30min；優選地，步驟(2)所述陳化的時間為6-24h，優選為12h；優選地，步驟(2)干燥的溫度為110℃，干燥的時間為3h；優選地，步驟(2)所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱廷鈺，徐文青，楊陽，吳應紅，劉霄龍，
申請(專利權)人：中國科學院過程工程研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11
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。