一种酸溶性钛渣制备锰钛系低温脱硝催化材料的方法属于环境材料，环境催化及环境保护领域。本发明专利技术是在硫酸法生产钛白工艺的基础上，削减工艺流程以保留有助于提高脱硝活性的元素，以酸溶性钛渣为原料，酸解得到钛液，钛液水解生成偏钛酸，以偏钛酸为载体，采用共沉淀法，加入乙酸锰制备适用于水泥窑炉的低温脱硝催化材料的制备方法。所述的催化材料制备方法成本低，适用于工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】属于环境材料，环境催化及环境保护领域。本专利技术是在硫酸法生产钛白工艺的基础上，削减工艺流程以保留有助于提高脱硝活性的元素，以酸溶性钛渣为原料，酸解得到钛液，钛液水解生成偏钛酸，以偏钛酸为载体，采用共沉淀法，加入乙酸锰制备适用于水泥窑炉的低温脱硝催化材料的制备方法。所述的催化材料制备方法成本低，适用于工业化生产。【专利说明】
本专利技术属于环境催化材料及环境保护领域，具体为一种水泥窑炉低温SCR脱硝催化材料。
技术介绍
氮氧化物是引起酸雨、光化学烟雾及PM2.5的主要原因之一。氮氧化物会对人体呼吸器官黏膜产生强烈的刺激作用，长期吸入可能会导致肺部构造改变，对我们身体健康带来很大威胁。随着国民经济的稳定增长，国内水泥工业迅锰发展，水泥产量由2006年的10.6亿t增长到2012年的21.8亿t，平均年增长率在10%以上，同时水泥工业NOx的大量排放给环境也带来了巨大的负荷。水泥行业NOx排放占全国工业NOx排放的10%?12%，其排放量仅次于燃煤电厂和汽车尾气排放。因此，国家在《节能减排“十二五”规划》中明确规定了水泥行业NOx排放的大气污染物的约束性指标，要求水泥行业2015年NOx在2010年基础上削减12%，控制在150万t。选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction, SCR)是目前最重要的一种烟气脱硝方法。其以氨水或尿素为脱硝剂，在吸收塔内的催化材料作用下作催化选择吸收，脱硝率可达85%?95%。烟气脱硝的商业SCR催化材料的组成为V2O5 (WO3) /TiO2 (锐钛矿)，其运行温度一般在350?400°C，难以在烟气处理系统末端应用，且安装运行费用较高。水泥窑排放的烟气的特点是:烟气温度约为300°C，粉尘浓度高。如果直接对烟气进行脱硝，烟气中的粉尘会堵塞催化材料的活性孔，造成催化材料失活。因此为了延长催化材料的寿命而把SCR置于脱硫除尘装置之后，但是脱硫除尘后烟气温度一般都低于200°C，就必须对烟气进行重复加热，这将会消耗更多资源，增加脱硝成本。因此，开发低温SCR催化材料和工艺十分必要。SCR是目前世界上主要应用的脱硝技术。该技术核心是催化材料，其成本占到总体成本30%?50%;该技术的投资、维修费用均较高。目前，SCR技术在国内水泥行业尚未投入。因此研发具有较好的低温活性、高效、低成本催化材料是打破这一瓶颈的关键，也响应了当前的NOx化物的减排政策，对我国国民经济高速发展及绿色的生态环境建设具有重大的意义。基于Mn氧化物优异的脱硝低温活性和TiO2载体的稳定性，国内外制备锰钛体系催化材料基本都使用钛白为原料，并添加Fe等助剂以提高脱硝活性。我国生产钛白主要以硫酸法为主，原料是钛铁矿，含T1、Fe、S1、Al、Mn、V等元素。硫酸法生产钛白主要工序有:酸解熟化、浸取还原、钛液沉降、冷冻结晶离心分离、控制性过滤、蒸发浓缩、水解、偏钛酸的进化(漂洗与漂白)、盐处理、煅烧、粉碎。硫酸法生产钛白的过程正是制备锰钛体系催化材料的逆过程。本专利技术选用酸溶性钛渣为原料，酸溶性钛渣由钛精矿经电炉还原熔炼所得，TiO2品位约为75%，适合用于硫酸法制取钛白。相对钛铁矿而言，酸溶性钛渣在工业上的应用不仅省去了冷冻除铁工序，不会产生硫酸亚铁，可以不建亚铁储存，还可以节约建设投资。同时因为酸溶性钛渣中低价钛的含量较高，在浸取过程中不需要加入铁粉或铁屑进行还原。由于使用酸溶性钛渣消耗少，废物量降低，可实现减排的目标。并且酸性钛渣成分稳定，也适合作为脱硝催化材料的原料。在本专利技术中我们不希望将杂质除尽，所以将板框压滤、蒸发浓缩过程省去，以及省去粉碎-煅烧-盐处理-漂洗-漂白的步骤，在水解产物偏钛酸(TiO2 -XSO3 -YH2O)的基础上制备脱硝催化材料。
技术实现思路
本专利技术是在硫酸法生产钛白工艺的基础上，削减工艺流程以保留有助于提高脱硝活性的元素，以酸溶性钛渣为原料，酸解得到钛液，钛液水解生成偏钛酸，以偏钛酸为载体，制备适用于水泥窑炉的低温脱硝催化材料的制备方法。，包括以下步骤:第一步，酸溶性钛渣按固液质量比1: 1.8~3.0加入质量百分比浓度为98%硫酸，在密闭容器内200~220°C反应4~8h ;第二步，将第一步的酸解产物在60~80°C水浴下用水或质量百分比浓度为5%~10%硫酸浸取，磁力搅拌2~3h ;离心，分离出上部钛液，去掉底部残渣；第三步，将第二步分离出的钛液预热到96°C，再加到96°C水中，，钛液与水质量比为4:1 ;将溶液升温至沸腾；溶液从黑色变为橄榄绿色，继而又变成钢灰色时，停止加热和搅拌；45min后，再次加热、搅拌，到达沸腾，并保持沸腾3h，加水稀释，再搅拌10~30min后冷却；第四步，待第三步的反应混合物冷却后，离心，水洗得到偏钛酸；将偏钛酸于80~120°C干燥 10 ~15h ；第五步，将偏钛酸溶于水，与乙酸锰溶液混合均匀，磁力搅拌20~30min ；第六步，将第五步的混合溶液80~95°C水浴，加入2mol/L尿素溶液，磁力搅拌30min ;加入氨水,至pH=10~11 ;滴加双氧水,磁力搅拌30min后冷却；其中偏钛酸:尿素:氨水:双氧水的摩尔比为1:0.5~2:0.5~2:0.8~1.2 ;第七步，离心分离出底部沉淀，水洗，醇洗；75~100°C干燥10~15h ;450°C焙烧3h制得催化材料粉末。本专利技术的脱硝率测试是在以NH3为还原气体时，将1000ppm的NO，1000ppm的NH3,5%的O2混合，载气都为N2，气体流速2000ml/min，反应空速为2700(?'催化材料粉末经造粒，取40-60目的颗粒，量取3ml，反应在90°C~350°C温度条件下，本专利技术制备的催化材料催化氮氧化物转化率可达99%。优选的，所述步骤一中的原料酸溶性钛渣的粒径为150~170目。优选的，所述步骤一中反应温度为220°C。优选的，所述步骤二中在80°C水浴下用质量百分比浓度为10%的硫酸浸取。优选的,所述步骤三中将钛液加入水中的速度为10g/min~20g/min。【具体实施方式】实施例子中酸溶性钛渣的粒径为150~170目。第三步中将钛液加入水中的速度为lOg/min~20g/min。但并不局限于上述特征。实施例一:第一步，50g酸溶性钛渣按固液质量比1:1.8加入质量百分比浓度为98%硫酸90g，在密闭容器内200°C反应4h。第二步，将第一步的酸解产物在60°C水浴下用200ml水浸取，磁力搅拌2h。离心，分离出上部钛液，去掉底部残渣。第三步，钛液与水质量比为4:1。将第二步分离出的钛液130g预热到96°C，15min将钛液加到33g96°C水中。将溶液升温至沸腾。溶液从黑色变为橄榄绿色，继而又变成钢灰色时，停止加热和搅拌。45min后，再次加热、搅拌，到达沸腾，并保持沸腾3h，加水稀释，再搅拌IOmin后冷却。第四步，待第三步的反应混合物冷却后，离心。第五步，将偏钛酸与8.0g乙酸猛溶于100mL水,60°C混合均匀,磁力搅拌30min。第六步，将第五步的混合溶液80°C水浴，加入2mol/L尿素溶液50ml，磁力搅拌30min。加入氨水50g、双氧水50g,磁力搅拌30min后冷却。第七步，离心分离出底本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种酸溶性钛渣制备锰钛系低温脱硝催化材料的方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，酸溶性钛渣按固液质量比1:1.8～3.0加入质量百分比浓度为98%硫酸，在密闭容器内200～220℃反应4～8h；第二步，将第一步的酸解产物在60～80℃水浴下用水或质量百分比浓度为5%～10%硫酸浸取，磁力搅拌2～3h；离心，分离出上部钛液，去掉底部残渣；第三步将第二步分离出的钛液预热到96℃，再加到96℃水中，钛液与水质量比为4:1；将溶液升温至沸腾；溶液从黑色变为橄榄绿色，继而又变成钢灰色时，停止加热和搅拌；45min后，再次加热、搅拌，到达沸腾，并保持沸腾3h，加水稀释，再搅拌10～30min后冷却；第四步，待第三步的反应混合物冷却后，离心，水洗得到偏钛酸；将偏钛酸于80～120℃干燥10～15h；第五步，将偏钛酸溶于水，与乙酸锰溶液混合均匀，磁力搅拌20～30min；第六步，将第五步的混合溶液80～95℃水浴，加入2mol/L尿素溶液，磁力搅拌30min；加入氨水，至pH=10～11；滴加双氧水，磁力搅拌30min后冷却；其中偏钛酸：尿素：氨水：双氧水的摩尔比为1：0.5～2：0.5～2：0.8～1.2；第七步，离心分离出底部沉淀，水洗，醇洗；75～100℃干燥10～15h；450℃焙烧3h制得催化材料粉末。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：崔素萍，田国兰，郭红霞，马晓宇，王亚丽，罗小根，张良静，项泽强，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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