一種中空結(jié)構(gòu)無釩稀土基寬溫脫硝催化劑及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種中空結(jié)構(gòu)無釩稀土基寬溫脫硝催化劑及其制備方法，以氧化鈰和氧化錳的復(fù)合氧化物作為催化活性組分，以氧化鎢作為助催化劑。以活性組分質(zhì)量為基準(zhǔn)，助催化劑的質(zhì)量百分含量為1～15％。將活性組分與助催化劑前驅(qū)物溶液混合均勻、冷凍干燥、焙燒制得脫硝催化劑。該催化劑環(huán)境友好、成本低、催化效率高、活性溫度窗口寬以及抗水硫穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。在140

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種中空結(jié)構(gòu)無釩稀土基寬溫脫硝催化劑及其制備方法


[0001]本專利技術(shù)涉及一種中空結(jié)構(gòu)無釩稀土基寬溫脫硝催化劑及其制備方法，屬于環(huán)保催化材料和大氣污染治理領(lǐng)域，采用該方法制備的催化劑特別適用于水泥等領(lǐng)域低溫?zé)煔鈨艋?br/>
技術(shù)介紹

[0002]氮氧化物(NO
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)是霧霾、酸雨以及光化學(xué)煙霧形成的主要前體物，因此，成為當(dāng)前大氣污染治理的重點(diǎn)。根據(jù)NO
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煙氣特點(diǎn)，脫硝可以分為低溫脫硝 (＜250℃)，中溫脫硝(250
?
450℃)以及高溫脫硝技術(shù)(450
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650℃)。目前，以中高溫為主的傳統(tǒng)火電行業(yè)其煙氣脫硝治理取得了顯著的效果，并達(dá)到國(guó)家NO
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超低排放的要求。然而水泥生產(chǎn)過程，煙溫波動(dòng)大(150
?
350℃)、含水、高硫(2000mg/Nm3)以及堿性(K/Na/Ca) 粘附性粉塵，使得傳統(tǒng)的脫硝催化劑極易失活，難以滿足工業(yè)化應(yīng)用的要求，因此，針對(duì)上述問題，亟需開發(fā)具有高活性、寬溫區(qū)、抗水硫以及抗堿的新型脫硝催化劑。當(dāng)前，商用脫硝催化劑主要分為兩大類：一類是釩基脫硝催化劑；另一類是稀土基脫硝催化劑。相比前者，稀土基脫硝催化劑具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、無毒無害等優(yōu)點(diǎn)。因此，開發(fā)新型稀土基脫硝催化劑用于水泥等典型非電行業(yè)的深度脫硝成為當(dāng)前國(guó)家大氣污染治理的戰(zhàn)略急需。
[0003]當(dāng)前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有少量專利公開了寬溫抗水硫脫硝催化劑及其制備方法。專利(CN201810243098.1)以銻摻雜二氧化鈦納米棒陣列作為載體，五氧化二釩為活性組分，氧化鉬及氧化鈰為助劑制得一種寬溫脫硝催化劑及其制備方法，該催化劑的溫度活性溫度區(qū)間為150～420℃，但其主要活性組分為劇毒的五氧化二釩，由于釩易溶于水，同時(shí)一定溫度下易揮發(fā)，因此，其在使用過程中及使用后都會(huì)帶來巨大的潛在環(huán)境危害。專利(CN202110652689.6)以改性的銳鈦礦型 TiO2作為載體，以五氧化二釩、氧化鉬和/或氧化鎢為活性組分，以粘結(jié)劑、固化劑、潤(rùn)滑劑、玻璃纖維中至少一種作為助劑制得一種高耐磨寬溫脫硝催化劑及其制備方法，其脫硝溫度活性溫度區(qū)間在200～500℃，但其活性組分仍然含有有毒有害的釩基氧化物，同時(shí)其反應(yīng)溫度在300℃以上才能實(shí)現(xiàn)90％以上的脫硝效率。上述兩種催化劑雖然能一定程度上實(shí)現(xiàn)低溫脫硝，然而其難以滿足低溫區(qū)域高效深度脫硝，同時(shí)有毒有害的活性組分等問題都使得其難以滿足水泥等典型非電行業(yè)脫硝領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0004]本專利技術(shù)的目的是針對(duì)現(xiàn)有水泥等典型非電行業(yè)煙氣工況復(fù)雜難以有效治理及存在的問題，從而提出一種中空結(jié)構(gòu)無釩稀土基寬溫脫硝催化劑，本專利技術(shù)的另一目的是提供上述催化劑的制備方法，特別適用于水泥等典型非電行業(yè)煙氣凈化。
[0005]本專利技術(shù)的技術(shù)方案為：一種中空結(jié)構(gòu)無釩寬溫稀土基脫硝催化劑的制備方法，其特征在于以氧化鈰和氧化錳為催化活性組分，以氧化鎢作為助催化劑。以活性組分質(zhì)量為基準(zhǔn)，助催化劑的質(zhì)量百分含量為0～10％。
[0006]一種中空結(jié)構(gòu)無釩稀土基寬溫脫硝催化劑，其特征在于：該催化劑以氧化鈰和氧
化錳為催化活性組分，以氧化鎢作為助催化劑；以活性組分質(zhì)量為基準(zhǔn)，助催化劑的質(zhì)量百分含量為1～15％，且鈰與錳的元素摩爾比為1:(1～15)；該催化劑采用冷凍干燥法制得。
[0007]本專利技術(shù)技術(shù)方案中：助催化劑的質(zhì)量百分含量為3～10％，且鈰與錳的元素摩爾比為1:(1～10)。
[0008]一種上述催化劑的制備方法，該方法包括以下步驟
[0009](1)活性組分前驅(qū)體的制備
[0010]將鈰鹽和錳鹽加入到去離子水中攪拌形成均勻的溶液，之后快速將溶液用液氮冷凍，待冷凍完成后，轉(zhuǎn)移至冷凍干燥器進(jìn)行干燥，干燥后得到粉體；
[0011](2)活性組分的制備
[0012]將步驟(1)中冷凍干燥后的活性組分前驅(qū)體粉體放入馬弗爐進(jìn)行高溫焙燒，得到活性組分；
[0013](3)寬溫稀土脫硝催化劑前體的制備
[0014]將步驟(2)制備的活性組分分散在去離子水中，攪拌均勻，得到混合液；然后將氧化鎢的前驅(qū)物加入到所述混合液中，繼續(xù)攪拌，待均勻后通過液氮急速冷凍，轉(zhuǎn)移至冷凍干燥器進(jìn)行冷凍干燥，得到前體物；
[0015](4)寬溫稀土脫硝催化劑的制備
[0016]將步驟(3)得到的催化劑前體物放入馬弗爐進(jìn)行高溫焙燒，從而制備稀土基脫硝催化劑。
[0017]本專利技術(shù)技術(shù)方案中：步驟(1)的鈰鹽為硝酸鈰，錳鹽為硝酸錳。
[0018]本專利技術(shù)技術(shù)方案中：步驟(2)中焙燒溫度為450
?
500℃，焙燒時(shí)間為4
?
6h。
[0019]本專利技術(shù)技術(shù)方案中：步驟(3)的鎢鹽為偏鎢酸銨。
[0020]本專利技術(shù)技術(shù)方案中：步驟(4)的焙燒溫度為500
?
550℃，焙燒時(shí)間為2
?
4h。
[0021]本專利技術(shù)技術(shù)方案中：步驟(1)和(3)中液氮冷凍的溫度為
?
200～
?
190℃，冷凍時(shí)間為30～140s。
[0022]本專利技術(shù)技術(shù)方案中：步驟(1)和(3)中冷凍干燥的溫度為
?
110～
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130℃，冷凍時(shí)間為24～48h。
[0023]本專利技術(shù)的催化反應(yīng)條件及結(jié)果：取2ml粒徑為20
?
40目的催化劑小樣裝入催化劑性能評(píng)價(jià)反應(yīng)裝置中，進(jìn)行活性評(píng)價(jià)。模擬氣的組成為：NO(1000ppm)、 NH3(1000ppm)、O2(10vol.％)、SO2進(jìn)氣濃度為50ppm(使用時(shí)添加)、H2O含量為5vol.％(使用時(shí)添加)、以N2為載氣，反應(yīng)空速(30000h
?1)，反應(yīng)溫度為 140
?
335℃，該溫度范圍內(nèi)脫硝效率≥90％以上，N2選擇性在90％以上，同時(shí)在該溫度區(qū)間具有優(yōu)異的抗水硫中毒穩(wěn)定性。
[0024]有益效果：
[0025]本專利技術(shù)所制備的催化劑在低溫下脫硝效率高，活性溫度窗口寬，在140
?
335℃溫度范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)NOx的高效凈化，有效解決當(dāng)前水泥等典型非電行業(yè)低溫復(fù)雜工況下NOx的高效減排。同時(shí)鎢的引入可以有效增加脫硝催化劑表面的酸性，進(jìn)而抑制酸性物質(zhì)在催化劑表面的吸附，從而抑制煙氣中SO2在催化劑表面的吸附及氧化，最終提高催化劑抗SO2中毒能力。此外，相比當(dāng)前的釩基脫硝催化劑，其低溫活性好、制備工藝簡(jiǎn)單、原料易得、環(huán)境友好，在實(shí)現(xiàn)煙氣凈化的同時(shí)避免環(huán)境二次污染，從而有效降低水泥等非電行業(yè)低溫脫硝工程建設(shè)和運(yùn)行成本，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
具體實(shí)施方式附圖說明
[0026]圖1為本專利技術(shù)催化劑鈰錳摩爾比為1:7，氧化鎢摻雜量為0～10wt％的催化劑的脫硝效率圖。
[0027]圖2H
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CeMnW(10)Ox催化劑的掃描電鏡圖和透射電鏡圖。
[0028]實(shí)施例1
[0029](本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種中空結(jié)構(gòu)無釩稀土基寬溫脫硝催化劑，其特征在于：該催化劑以氧化鈰和氧化錳為催化活性組分，以氧化鎢作為助催化劑；以活性組分質(zhì)量為基準(zhǔn)，助催化劑的質(zhì)量百分含量為1～15％，且鈰與錳的元素摩爾比為1:(1～15)；該催化劑采用冷凍干燥法制得。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空結(jié)構(gòu)無釩稀土基寬溫脫硝催化劑，其特征在于：助催化劑的質(zhì)量百分含量為3～10％，且鈰與錳的元素摩爾比為1:(1～10)。3.一種權(quán)利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于：該方法包括以下步驟(1)活性組分前驅(qū)體的制備將鈰鹽和錳鹽加入到去離子水中攪拌形成均勻的溶液，之后快速將溶液用液氮冷凍，待冷凍完成后，轉(zhuǎn)移至冷凍干燥器進(jìn)行干燥，干燥后得到粉體；(2)活性組分的制備將步驟(1)中冷凍干燥后的活性組分前驅(qū)體粉體放入馬弗爐進(jìn)行高溫焙燒，得到活性組分；(3)寬溫稀土脫硝催化劑前體的制備將步驟(2)制備的活性組分分散在去離子水中，攪拌均勻，得到混合液；然后將氧化鎢的前驅(qū)物和檸檬酸加入到所述混合液中，繼續(xù)攪拌，待均勻后通...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王建海，陳習(xí)習(xí)，沈岳松，劉優(yōu)林，古颯颯，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：