一种中低温SCR脱硝介孔分子筛催化剂及其制备和应用方法技术

本发明专利技术提供了一种中低温SCR脱硝介孔分子筛催化剂及其制备和应用方法，该催化剂由活性组分和载体两部分组成，所述活性组分为铁、铜、锰中的一种或几种金属元素，所述载体为SBA-15二氧化硅介孔分子筛，具有比表面积大，孔径分布均匀的特点。本发明专利技术所提供的中低温SCR脱硝介孔分子筛催化剂，活性组分能均匀地分散在SBA-15的表面，增加了催化反应的有效活性位点，在90℃～240℃中低温区间提高了催化剂的脱硝效率，催化剂使用前经过H2还原活化后可以取得更佳的脱硝效果，中低温下的脱硝效率可达80-99％。

【技术实现步骤摘要】
一种中低温SCR脱硝介孔分子筛催化剂及其制备和应用方法
本专利技术属于脱硝
，具体涉及一种中低温SCR脱硝介孔分子筛催化剂及其制备和应用方法。
技术介绍
氮氧化物(NOx)主要包括NO、NO2、N2O等，是主要的大气污染物之一，是形成酸雨和光化学烟雾的重要原因。自然界中氮氧化物的来源包括自然源和人为源，其中63％来自工业污染和交通污染，是自然发生源的2倍。在我国，以煤炭为主的能源结构导致燃煤电厂的烟气排放是人为氮氧化物的主要来源。近年来，我国燃煤电厂氮氧化物的排放量不断上升，环境保护形势日趋严峻，根据我国最新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223－2011)的要求，自2012年1月1日起新建火力发电锅炉的氮氧化物排放将执行100mg/m3的排放限值。由此，我国对烟气脱硝的自主技术需求更为迫切。选择性催化还原法(SCR)是目前最有效且应用最广泛的脱硝技术。SCR法脱硝是指在催化剂的作用下，还原剂NH3与NOX反应生成N2和H2O。催化剂是SCR脱硝系统的核心所在，初期投入中催化剂成本约占脱硝工程总成本的20～40％。现有SCR系统所采用的催化剂运行的温度一般在300℃以上，中低温活性不高，迫切需要开发中低温活性较高的SCR催化剂，以降低脱硝系统的运行成本。公开号为CN103331164A公开了“用于烧结烟气NH3-SCR脱硝的铁基催化剂及其制备方法”，催化剂是由混合铁矿粉、生石灰、石灰石、白云石和无烟煤粉按照一定的比例混合均匀后制备而成。在空速为5000h-1，NH3/NO＝0.8，350～450℃的温度区间内，对模拟烧结烟气的脱硝效率为12.25～39.2％。公开号为CN102861579公开了“一种铜基纳米脱硝催化剂及其制备方法”，以氧化铜为活性组分，以浓硝酸处理的碳纳米管为载体，反应气中NO/NH3比值为1～1.5，在120～300℃的温度区间内，NO转化率为55～100％。公开号为CN102962055A公开了“一种钼基低温脱硝催化剂及其制备方法”，以TiO2为载体，以铝的氧化物为活性组分，并添加金属V、W、Cu、Ni、Zn、Ce的氧化物的一种或多种为助剂。温度在130℃时脱硝效率能达到80％，催化剂达到99％的活性窗口温度在150～446℃之间。公开号为CN103623808A公开了“一种SCR催化剂及其制备方法”，该催化剂包括TiO2-SiO2复合氧化物载体、金属氧化物固体酸、V2O5与CeO2。在空速为12000h-1，150℃～450℃的温度区间内，NO的脱除率为90％～98％。公开号为CN101279261公开了“一种铁基选择性催化还原脱硝催化剂制备方法”，以氧化铁为活性组分，以粉煤灰为载体，催化剂的主要成分为：70-79wt％的粉煤灰；16-25wt％生石灰；5-14wt％普通硅酸盐水泥；5-15wt％的Fe2O3，脱硝活性高达90％以上，工作温度超过200℃。SCR脱硝催化剂的载体通常选用二氧化钛等材料，但是二氧化钛需要在较高的温度下才有较好的脱硝活性，SBA-15是一种介孔分子筛，它具有极高的比表面积和独特的孔道结构，作为催化剂载体，能够有效地分散活性组分，提高催化剂活性。本专利技术是中低温SCR脱硝介孔分子筛催化剂，与传统的脱硝催化剂V/TiO2相比，提高了在90℃～240℃中低温区间的脱硝效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种中低温SCR脱硝介孔分子筛催化剂及其制备和应用方法，该方法制备的催化剂具有较好的中低温脱硝效率，适合于90℃～240℃中低温区间的高效脱硝，尤其是90-120℃的低温区间的高效脱硝，以降低能耗和成本。一种中低温SCR脱硝介孔分子筛催化剂，由活性组分和载体构成，所述活性组份包括铁、铜、锰中的一种或几种金属元素，所述载体是SBA-15介孔分子筛。所述的载体SBA-15介孔分子筛的比表面积大于900m2/g。所述的活性组份含量占催化剂总重量的5-20％，所述活性组分优选为铁或锰。所述活性组分铁或锰的含量优选占催化剂总重量的8-12％。催化剂经体积比例为H2/N2＝1:10-1:2的混合气体(优选比例是1:5),在200-500℃(优选300℃)下还原活化后效果更好。所述的中低温SCR脱硝介孔分子筛催化剂的制备方法，包括以下步骤：将硝酸铁、硝酸铜或硝酸锰中的一种或几种按照预定的计量比溶于无水乙醇中，在磁力搅拌下将SBA-15载体加入溶液中，搅拌，静置老化，烘干，然后在升温处理，即得中低温SCR脱硝介孔分子筛催化剂。所述的中低温SCR脱硝介孔分子筛催化剂的应用方法，是在90℃～240℃中低温下用于脱除烟气中的氮氧化物。本专利技术催化剂在90-120℃也能达到较好的效果，在90℃能达到80％以上的NO脱除率。本专利技术所提供的上述中低温SCR脱硝介孔分子筛催化剂的详细制备方法如下：1)载体的制备以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，三嵌段共聚物P123为模板剂，在酸性条件下合成。按照TEOS:P123:HCl:H2O＝1:0.017:5.88:150的摩尔比投料，38℃下快速搅拌20h，得乳白色悬浮液。将产物转移到水热反应釜中，100℃晶化24h，冷却至室温，减压抽滤，水洗至中性后用无水乙醇洗涤，将得到的固体在60℃下干燥12h，然后在马弗炉中1℃/min的升温速率升温至550℃，保温5h，得到的粉末状固体即为介孔分子筛载体SBA-15。2)将催化剂制备中所需的硝酸铁、硝酸铜、硝酸锰中的一种或几种，溶于过量无水乙醇中，得到溶液，在搅拌下将上述SBA-15载体加入溶液中，搅拌8h，静置12h，在真空烘箱中60℃烘干，然后在马弗炉中以5℃/min的升温速率升至400℃，保温5h，得到不同负载量的中低温SCR脱硝介孔分子筛催化剂。本专利技术具有以下优点：SBA-15具有比表面积大，孔径分布均匀的特点，能将活性组分很好地分散在它的表面，增大有效活性位点，以SBA-15为载体的催化剂克服了传统载体为钛白粉的脱硝催化剂比表面积小，在中低温的催化活性低的缺点。本专利技术所制备的M/SBA-15介孔分子筛催化剂(M为Fe、Mn和Cu等金属元素)，优选了几种适合于负载SBA-15介孔分子筛的金属及其负载量，此外，还发现M/SBA-15在使用前用H2/N2还原活化后，在90℃时即达到80％以上的NO脱除率，120～240℃的温度区间内，NO脱除率为90％～99％。与传统的脱硝催化剂V/TiO2相比，显著提高了催化剂的中低温脱硝效率。附图说明图1为本专利技术中低温SCR催化剂的小角度XRD图。具体实施方式下面对本专利技术所提供的中低温SCR脱硝催化剂及其制备方法的具体实施方式作出进一步的说明，而不会形成对本专利技术的限制。本领域的技术人员在阅读了具体实施方式后，能够理解和再现本专利技术的思想，其所述有益效果也能够通过具体的实施方式得以体现。SBA-15的制备：取4gP123(聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯)，132.45g蒸馏水，20ml盐酸，将P123溶于水中，磁力搅拌至形成均一溶液，加入8.4g正硅酸乙酯，磁力搅拌20h后转移到水热釜中在100℃晶化24h，冷却至室温后过滤，由蒸馏水洗涤将滤液洗涤至中性，再由无水乙醇洗涤，将得到的固体干燥，最后在马弗炉中以1℃/min的升温速率升温至550℃，保温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中低温SCR脱硝介孔分子筛催化剂，由活性组分和载体构成，其特征在于，所述活性组份包括铁、铜、锰中的一种或几种金属元素，所述载体是SBA‑15介孔分子筛。

【技术特征摘要】
1.一种中低温SCR脱硝介孔分子筛催化剂的应用方法，所述的催化剂在低温为90-120℃条件下用于脱除烟气中的氮氧化物；所述的催化剂由活性组分和载体构成，活性组份含量占催化剂总重量的5-20％；所述活性组份包括铁、铜、锰中的一种或几种金属元素，所述载体是SBA-15介孔分子筛；催化剂经体积比例为H2/N2＝1:10-1:2的混合气体,在200-500℃下还原活化；SBA-15介孔分子筛的制备方法如下：以正硅酸乙酯为硅源，三嵌段共聚物P123为模板剂，在酸性条件下合成；按照TEOS:P123:HCl:H2O＝1:0.017:5.88:150的摩尔比投料，38℃下快速搅拌20h，得乳白色悬浮液；将产物转移到水热反应釜中，100℃晶化24h，冷却至室温，减压抽滤，水洗至中性后用无水乙醇洗涤，将得到的固体在60℃下...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋崇文，赖素凤，蒋泽宇，王帅，鈡宏，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43