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一种氨气-选择性催化还原氮氧化物催化剂及其制备方法和应用技术

技术编号:20339085 阅读:44 留言:0更新日期:2019-02-16 08:31
一种氨气‑选择性催化还原氮氧化物催化剂及其制备方法和应用,它涉及一种催化剂及其制备方法和应用。本发明专利技术的目的是要解决现有铜铁钛系氧化物催化剂在抗H2O中毒能力较弱,高温选择性较差的问题。一种氨气‑选择性催化还原氮氧化物催化剂为复合金属氧化物,所述复合金属氧化物中金属元素为Cu、Fe、W和Ti。制备方法:一、混合得到混合盐溶液;二、制备含Ti溶液;三、制备催化剂前驱体;四、高温处理,得到复合金属氧化物,即为氨气‑选择性催化还原氮氧化物催化剂。氨气‑选择性催化还原氮氧化物催化剂用于脱硝。优点:在较宽泛的温度范围展示出优异的NO转化率和N2选择性;且在240℃条件下抗H2O和SO2中毒能力优异。

【技术实现步骤摘要】
一种氨气-选择性催化还原氮氧化物催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
氮氧化物(NOx)是重度空气污染的主要污染物之一,严重危害着生态环境和人体健康。目前NH3-SCR(氨气-选择性催化还原)技术已成为固定源脱硝的主要手段,在有效治理NOx污染方面发挥了重要的作用。催化剂则是NH3-SCR脱硝技术的关键。传统商业用的催化剂多为V-Ti系催化剂(V2O5/TiO2、V2O5-WO3/TiO2、V2O5-WO3/TiO2等),仅适用于300-400℃的中高温区间的脱硝反应,温区较窄难以在中小型燃煤锅炉和工业窑炉上直接利用。钒基催化剂易受SO2和粉尘毒害,且自身具有生物毒性,危害生态环境及人体健康。因此研究在中温段具有较宽操作温度窗口的非钒基脱硝催化剂以适应更多工业锅炉的脱硝需求是目前的研究方向,具有实际应用价值。铜铁钛(CuFeTi)系氧化物催化剂环境友好,在NH3-SCR反应中表现出优异的低温及中温脱硝活性,然而,这类催化剂在抗H2O中毒能力较弱,高温选择性较差,限制了其应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有铜铁钛系氧化物催化剂在抗H2O中毒能力较弱,高温催化活性及N2选择性较差的问题,而提供一种氨气-选择性催化还原氮氧化物催化剂及其制备方法和应用。一种氨气-选择性催化还原氮氧化物催化剂,它为复合金属氧化物,所述复合金属氧化物中金属元素为Cu、Fe、W和Ti,且Cu、Fe、W与Ti的物质的量比为0.02:0.2:x:1,其中x为0.01~0.03。一种氨气-选择性催化还原氮氧化物催化剂的制备方法,具体是按以下步骤完成的:一、混合:将铜盐、铁盐和含钨盐溶解于蒸馏水-冰醋酸混合液中,得到混合盐溶液;所述混合盐溶液中Fe的浓度为0.3mol/L~0.4mol/L,且混合盐溶液中Cu、Fe与W的物质的量比为0.02:0.2:x,其中x为0.01~0.03;所述蒸馏水-冰醋酸混合液中蒸馏水与冰醋酸的体积比为(2~4):10;二、制备含Ti溶液:将钛酸四丁酯溶解于乙醇中,得到钛酸四丁酯的醇溶液;所述钛酸四丁酯的醇溶液中钛酸四丁酯的浓度为1.0mol/L~2.0mol/L;三、制备催化剂前驱体:将混合盐溶液与钛酸四丁酯的醇溶液混和,先搅拌反应1h~6h,然后在室温下静置4天~6天,最后置于烘箱中,在温度为90℃~140℃下烘干10h~18h,得到催化剂前驱体;所述催化剂前驱体中Cu、Fe、W与Ti的物质的量比为0.02:0.2:x:1,其中x为0.01~0.03;四、高温处理:先将催化剂前驱体碾磨成粉末,然后置于马弗炉中,以5℃/min~15℃/min的升温速率升温至400℃~600℃,并在温度为400℃~600℃处理3h~6h,冷却至室温,经研磨、压片和造粒,得到复合金属氧化物,即为氨气-选择性催化还原氮氧化物催化剂。一种氨气-选择性催化还原氮氧化物催化剂的应用,氨气-选择性催化还原氮氧化物催化剂用于脱硝。本专利技术优点:一、本专利技术制备的催化剂Cu0.02Fe0.2WxTi(x=0.01~0.03)复合金属氧化物(氨气-选择性催化还原氮氧化物催化剂)成本低、环境友好,合成方法简单且结构稳定;二、催化剂Cu0.02Fe0.2WxTi(x=0.01~0.03)复合金属氧化物(氨气-选择性催化还原氮氧化物催化剂)在较宽泛的温度范围展示出优异的NO转化率和N2选择性;其中催化剂Cu0.02Fe0.2W0.02Ti在200~460℃温度范围内,展示出100%的NO转化率和大于95%的N2选择性,且在240℃条件下抗H2O和SO2中毒能力优异,NO转化率仍为100%。其原因是适量的铜、铁和钨之间存在相互作用,改变了催化剂的氧化还原性能,钨的存在提高催化剂的热稳定性和酸性,这些因素均有利于中高温范围的NH3-SCR反应、提高高温处的N2选择性及抗H2O和SO2中毒能力。依据NH3-TPD和原位红外光谱证实催化剂Cu0.02Fe0.2W0.02Ti复合金属氧化物(氨气-选择性催化还原氮氧化物催化剂)具有较高的酸度,且表面存在丰富的酸性位,H2-TPR证实铜、铁和钨之间存在相互作用;所以本专利技术制备的催化剂Cu0.02Fe0.2W0.02Ti复合金属氧化物(氨气-选择性催化还原氮氧化物催化剂)在中高温条件下(200~460℃)具有高的催化活性,并能在空速范围较大的条件下应用,其抗硫抗水性能优异,具有良好的稳定性及寿命。附图说明图1是NO转化率-温度曲线图,图中★表示催化剂Cu0.02Fe0.2Ti复合金属氧化物的NO转化率-温度曲线,图中■表示催化剂Cu0.02Fe0.2W0.01Ti复合金属氧化物的NO转化率-温度曲线,图中●表示催化剂Cu0.02Fe0.2W0.02Ti复合金属氧化物的NO转化率-温度曲线,图中▲表示催化剂Cu0.02Fe0.2W0.03Ti复合金属氧化物的NO转化率-温度曲线;图2是N2选择性-温度曲线图,图中★表示催化剂Cu0.02Fe0.2Ti复合金属氧化物的N2选择性-温度曲线,图中■表示催化剂Cu0.02Fe0.2W0.01Ti复合金属氧化物的N2选择性-温度曲线,图中●表示催化剂Cu0.02Fe0.2W0.02Ti复合金属氧化物的N2选择性-温度曲线,图中▲表示催化剂Cu0.02Fe0.2W0.03Ti复合金属氧化物的N2选择性-温度曲线;图3是NO转化率-温度曲线图,图中●表示GHSV40000h-1的NO转化率-温度曲线,图中■表示GHSV80000h-1的NO转化率-温度曲线,图中◆表示GHSV100000h-1的NO转化率-温度曲线;图4是NO转化率-时间曲线图;图5是NO转化率-温度曲线图;。图6是NO2浓度-温度曲线图,图中★表示催化剂Cu0.02Fe0.2Ti复合金属氧化物的NO2浓度-温度曲线,图中■表示催化剂Cu0.02Fe0.2W0.01Ti复合金属氧化物的NO2浓度-温度曲线,图中●表示催化剂Cu0.02Fe0.2W0.02Ti复合金属氧化物的NO2浓度-温度曲线,图中▲表示催化剂Cu0.02Fe0.2W0.03Ti复合金属氧化物的NO2浓度-温度曲线;图7是NH3浓度-温度曲线图,图中★表示催化剂Cu0.02Fe0.2Ti复合金属氧化物的NH3浓度-温度曲线,图中■表示催化剂Cu0.02Fe0.2W0.01Ti复合金属氧化物的NH3浓度-温度曲线,图中●表示催化剂Cu0.02Fe0.2W0.02Ti复合金属氧化物的NH3浓度-温度曲线,图中▲表示催化剂Cu0.02Fe0.2W0.03Ti复合金属氧化物的NH3浓度-温度曲线;图8是H2-TPR谱图,图中a表示催化剂Cu0.02Fe0.2Ti复合金属氧化物的H2-TPR谱图,b表示催化剂Cu0.02Fe0.2W0.01Ti复合金属氧化物的H2-TPR谱图,c表示催化剂Cu0.02Fe0.2W0.02Ti复合金属氧化物的H2-TPR谱图,d表示催化剂Cu0.02Fe0.2W0.03Ti复合金属氧化物的H2-TPR谱图;图9是H2-TPR谱图,图中a表示催化剂Cu0.1Ti复合金属氧化物的H2-TPR谱图,b表示催化剂Fe0.1Ti复合金属氧化物的H2-TPR谱图,c表示催化剂Cu0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氨气‑选择性催化还原氮氧化物催化剂,其特征在于氨气‑选择性催化还原氮氧化物催化剂为复合金属氧化物,所述复合金属氧化物中金属元素为Cu、Fe、W和Ti,且Cu、Fe、W与Ti的物质的量比为0.02:0.2:x:1,其中x为0.01~0.03。

【技术特征摘要】
1.一种氨气-选择性催化还原氮氧化物催化剂,其特征在于氨气-选择性催化还原氮氧化物催化剂为复合金属氧化物,所述复合金属氧化物中金属元素为Cu、Fe、W和Ti,且Cu、Fe、W与Ti的物质的量比为0.02:0.2:x:1,其中x为0.01~0.03。2.如权利要求1所述的一种氨气-选择性催化还原氮氧化物催化剂的制备方法,其特征在于它是按以下步骤完成的:一、混合:将铜盐、铁盐和含钨盐溶解于蒸馏水-冰醋酸混合液中,得到混合盐溶液;所述混合盐溶液中Fe的浓度为0.3mol/L~0.4mol/L,且混合盐溶液中Cu、Fe与W的物质的量比为0.02:0.2:x,其中x为0.01~0.03;所述蒸馏水-冰醋酸混合液中蒸馏水与冰醋酸的体积比为(2~4):10;二、制备含Ti溶液:将钛酸四丁酯溶解于乙醇中,得到钛酸四丁酯的醇溶液;所述钛酸四丁酯的醇溶液中钛酸四丁酯的浓度为1.0mol/L~2.0mol/L;三、制备催化剂前驱体:将混合盐溶液与钛酸四丁酯的醇溶液混和,先搅拌反应1h~6h,然后在室温下静置4天~6天,...

【专利技术属性】
技术研发人员:朱宇君马士博牛晓宇袁福龙
申请(专利权)人:黑龙江大学
类型:发明
国别省市:黑龙江,23

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