兼具抗碱（土）金属和抗硫抗水功能的脱硝催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术催化工化剂技术领域，具体为一种兼具抗碱（土）金属和抗硫抗水功能的脱硝催化剂及其制备方法和应用。本发明专利技术的催化剂是以多孔的钨分子筛、钛分子筛和锰分子筛中的一种或多种为载体，以铁氧化物、钒氧化物和钼氧化物中的一种或多种为活性组分，以铈氧化物为助剂。本发明专利技术催化剂可耐受同时含有0~1500μmol/g的碱（土）金属离子、0~3000mg/m3的SO2和0~20%水蒸气的氮氧化物烟气，在200~500℃以及3,000~400,000h‑1空速的条件下，NOx转化率大于90%，N2选择性大于80%。本发明专利技术特别适用于富碱富硫固定源如生物质燃料电厂、玻璃厂、焦化厂等烟气的氮氧化物排放控制。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术催化工化剂
，具体为一种。本专利技术的催化剂是以多孔的钨分子筛、钛分子筛和锰分子筛中的一种或多种为载体，以铁氧化物、钒氧化物和钼氧化物中的一种或多种为活性组分，以铈氧化物为助剂。本专利技术催化剂可耐受同时含有0~1500μmol/g的碱（土）金属离子、0~3000mg/m3的SO2和0~20%水蒸气的氮氧化物烟气，在200~500℃以及3,000~400,000h?1空速的条件下，NOx转化率大于90%，N2选择性大于80%。本专利技术特别适用于富碱富硫固定源如生物质燃料电厂、玻璃厂、焦化厂等烟气的氮氧化物排放控制。【专利说明】兼具抗碱(土)金属和抗硫抗水功能的脱硝催化剂及其制备方法和应用
本专利技术催化工化剂
，具体涉及一种兼具抗碱(土)金属和抗硫抗水功能的高效脱硝催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
我国是农业大国，生物质如秸杆的拥有量位于世界前列，传统对秸杆的处理方式通常是露天焚烧和家用燃料，所排放的大气可吸入颗粒物(如PM2.5)和大气气态污染物(如NOx)是造成灰霾天气的重要因素，对人体健康和生态环境造成巨大的危害；同时，传统化石能源的消耗带来能源匮乏和全球变暖的环境问题迫切需要人们寻求新的替代能源，生物质作为一种可再生能源得到了广泛的关注。一个能有效地同时解决上述问题的方法是将生物质集中于锅炉燃烧并使之转化为电能或热能，燃烧生成的颗粒物用除尘装置有效地收集，生成的NOx可通过高效烟气脱硝(deNOx)技术控制。因此，取代生物质的传统处理方式，采用生物质集中于锅炉燃烧利用技术对减少大气颗粒物和NOx的排放量都具有非常重要的意义。順3选择性催化还原 NOx 技术(Se lecti veCatalyti cReduct1nof NOxbyMfe，Mfe-SCR)是目前国际上行之有效的、应用最广的火电厂烟气脱硝技术。NH3-SCR技术就是在催化剂存在下，向烟气中喷入NH3，将NOx还原为N2和H2O。在NH3-SCR技术的应用过程中，催化剂是核心，催化性能直接影响到NH3-SCR系统的整体脱硝效率。然而，生物质燃烧的一个显著特点是烟气中含有大量的碱金属离子和一定量的硫，碱金属离子(如K+)和硫氧化物(如SO2)是NH3-SCR反应的最典型的两类毒物，会使NH3-SCR催化剂严重失活。尽管催化剂常常被这两类毒物同时毒害，但近年来大家所研究的解决方案都是针对其中一类毒物，原因在于有效地保护催化剂同时不受两种毒物毒害是非常困难的。因此，开发一种能够同时抗碱(土)金属中毒和抗硫中毒的NH3-SCR催化剂才能使生物质集中燃烧利用成为现实。以生物质为燃料的烟气含有大量的碱金属离子(大约是燃煤烟气的20-50倍)，尤其是含有高浓度的钾和钠离子(占金属离子的99%)，由于这些碱金属的碱性比NH3强而优先占用催化剂的活性位，导致传统脱硝催化剂严重失活。在NH3-SCR反应进行过程中，碱金属离子通过优先吸附占据催化活性位，阻碍催化反应的发生进而导致催化剂中毒。相对应地，如果一种催化剂具有丰富的、独立于催化活性位的碱金属捕获位，同时该碱金属捕获位具备较强的酸性和合适的尺寸，那么这种催化剂就能够抗碱金属中毒。通常地，NH3-SCR催化剂硫中毒主要来源于烟气中的SO2在催化剂表面发生吸附和进一步的氧化。SO2分子相对于NO分子酸性更强，因而SO2能够优先吸附在催化剂表面，特别是当NH3-SCR反应遵循Langmuir-Hinshelwood机理。更加糟糕的是，热稳定性很好的硫酸盐物种，如(NH4)2SO4和M2/nS04(M代表催化剂中的活性金属，η代表金属离子的价态)，则会在SO2被氧化成SO3且与NH3或者催化剂发生反应后生成，之后沉积在催化剂表面，占据催化活性位，导致催化剂中毒；同时，生成的SO3和硫酸会在下游管道沉积，造成管道腐蚀。SO2的化学吸附是由催化剂表面碱性的羟基或者ο2—所导致的，而SO2进一步的氧化是由催化剂自身的氧化性导致的。然而，一定的氧化性是NH3-SCR催化剂所必需的特性，因此，要想改变催化剂硫中毒，可行的策略就是研发具有酸性表面的NH3-SCR催化剂减少SO2的吸附。综上，研制开发兼具抗碱(土)金属和抗硫抗水特性的NH3-SCR催化剂成为研究领域的热点。本专利技术提供一种兼具抗碱(土)金属和抗硫抗水功能的高效脱硝催化剂，该催化剂既可以抗碱(土)金属中毒，又可以抗硫抗水中毒失活。本专利技术是以多孔的钨分子筛、钛分子筛和锰分子筛中的一种或多种为载体，以铁氧化物、钒氧化物和钼氧化物中的一种或多种为活性组分，以铈氧化物为助剂。本专利技术特别适用于富碱富硫固定源烟气的氮氧化物排放控制，具有巨大的社会意义和经济价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种同时抗碱(土)金属和抗硫抗水的NH3选择性催化还原NOx催化剂及其制备方法，并提供上述催化剂在富碱富硫固定源烟气的氮氧化物排放控制方面的应用。本专利技术提供的兼具抗碱(土)金属和抗硫抗水功能的高效脱硝催化剂，以多孔的钨分子筛、钛分子筛和锰分子筛中的一种或多种为载体，以铁氧化物、钒氧化物和钼氧化物中的一种或多种为活性组分，以铈氧化物为助剂，即由载体、活性组分和助剂三部分组成，其中活性组分在载体上的负载量为I?10wt%，助剂在载体上的负载量为0.5?10wt%，活性组分和助剂的摩尔比为3:1?10:1。本专利技术中，三种可选的多孔分子筛载体均具有一定尺寸的孔道结构，能够容纳烟气中存在的绝大多数碱(土)金属离子。本专利技术提供的兼具抗碱(土)金属和抗硫抗水功能的高效脱硝催化剂的制备方法(即活性组分和助剂共沉淀负载)，具体步骤如下: 将一定量的铁盐、钒盐和钼盐中的一种或多种与铈盐溶于一定量的去离子水中，超声分散，形成溶液;将一定量的多孔分子筛载体加入上述溶液，搅拌下加入一定量的沉淀剂，反应5分钟?4小时(优选30分钟?2小时)，离心洗涤，在80?130°C干燥2?24小时，之后在200?800 °C焙烧I?12小时，得到成品催化剂。其中，铁盐为氯化亚铁(FeCl2)、硫酸亚铁(FeS04)、氯化铁(FeCl3)、硝酸铁(Fe(NO3)3)中的一种或多种，其溶液中铁的浓度为0.001?5.0mol/L;钒盐为正钒酸盐、焦钒酸盐和偏f凡酸盐中的一种或多种，其溶液中f凡的浓度为0.001?5.0mol/L;钼盐为钼酸、钼酸钠(Na2Mo04)、钼酸钾(Κ2Μοθ4)、七钼酸铵((ΝΗ4)6Μθ7024.4Η20)的一种或多种，其溶液中钼的浓度为0.001~5.011101/1;铈盐为硫酸铈(062(304)3)、硝酸铈(06(勵3)3)、氯化铈(06(:13)中的一种或多种，其溶液中铈的浓度为0.001-5.0moI/L;沉淀剂为碳酸铵((NHj2CO3)、氨水(NH3.Η20)、尿素(CO(NH2)2)中的一种或多种，其溶液中沉淀剂的浓度为0.001?5.0mol/L。其中，多孔分子筛载体的制备方法如下: (I)多孔钨分子筛的制备:将一定量的钨盐、还原剂和模板剂分别溶于一定量的去离子水中，各自形成溶液，然后将三种溶液依次转移至同一个反应容器中，在20?220°C条件下，反应8?48小时；生成的产物在80?130 °C干燥2?24小时，之后在300?50本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兼具抗碱（土）金属和抗硫抗水功能的脱硝催化剂，其特征在于，以多孔的钨分子筛、钛分子筛和锰分子筛中的一种或多种为载体，以铁氧化物、钒氧化物和钼氧化物中的一种或多种为活性组分，以铈氧化物为助剂，其中活性组分在载体上的负载量为1~10wt%，助剂在载体上的负载量为0.5~10wt%，活性组分和助剂的摩尔比为3:1~10:1。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高佳逸，唐幸福，黄志伟，胡萍萍，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31