一种改性铁矿石SCR脱硝催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改性铁矿石SCR脱硝催化剂及其制备方法和应用，本发明专利技术通过在菱铁矿中掺杂稀土元素Ce，制备改性菱铁矿催化剂应用于SCR脱硝反应中，有效地提高脱除氮氧化物的效率，同时催化剂成本低，制备方便，对环境污染小，是一种有效便于推广的催化剂。本发明专利技术提供的脱硝催化剂在高温下具有较宽的活性窗口，有利于高温成型，且环境友好，有利于开发工业化SCR催化剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于大气污染控制
，具体涉及一种改性铁矿石低温选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
氮氧化物(NOx)是一种常见的大气污染物，它会导致对流层臭氧的形成，酸雨的产生以及人类的呼吸问题。在控制固定源燃料燃烧排放的NOx的方法中，发展最好、应用最广泛的当属高效率，高选择性，高经济效益的SCR法(选择性催化还原法)。催化剂是SCR法脱硝系统的核心技术。目前,工业化广泛应用的NH3-SCR催化剂主要是WO3或者MoO3掺杂的V2O5/TiO2催化剂。但是钒钛催化剂成本较高，反应温度窗口高，主要活性组分重金属钒更是环境污染物，因此需要寻找替代的催化剂。与商用催化剂相比，铁基催化剂来源广、成本低、污染小，是其优良的替代产品。铁基催化剂中，多种天然矿物被开发作为脱硝催化剂。其中煅烧过的菱铁矿效果以450℃煅烧，低空速为佳。但是从催化剂成型的角度，为达到较高的强度，催化剂必须高温成型，450℃的煅烧温度难以达到高强度；从工业成本的角度，SCR脱硝空速普遍较大，难以达到低空速的效果，因此催化剂难以开发工业化使用。
技术实现思路
技术问题：针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种改性铁矿石低温选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂的其制备方法。本专利技术还要解决的技术问题是提供了一种改性铁矿石低温选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂。本专利技术还要解决的技术问题是提供了一种改性铁矿石低温选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂在工业脱硝方面的应用。本专利技术还要解决的技术问题是提供了一种改性铁矿石SCR脱硝催化剂的脱硝效率测试方法。本专利技术通过在原铁矿石(菱铁矿)上掺杂稀土元素Ce，在高温550℃-600℃下煅烧的制备方法，制备的催化剂具有中低温催化活性高等优点。技术方案：为了解决上述技术问题，本专利技术提供的改性铁矿石低温SCR脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将铁矿石粉碎后筛选出35～65目(0.230mm～0.425mm)的铁矿石颗粒；步骤2，配制Ce(NO3)3溶液，将3.1～6.2g Ce(NO3)3·6H2O溶于一定量的蒸馏水中制得；步骤3，将铁矿石投入溶液中，对其进行恒温水浴搅拌加热直到溶剂几乎蒸发掉得到混合物；步骤4，将上述步骤3的混合物转移到烘箱中，在100～120℃进行0.5-1h恒温干燥；步骤5，将干燥后所得的混合物置于马弗炉中经550-600℃煅烧3～4h，最后将煅烧产物筛选出35～65目(0.230mm～0.425mm)的改性铁矿石SCR脱硝催化剂。其中，上述原铁矿石是菱铁矿。其中，上述步骤3中配制水溶液，使用恒温磁石搅拌器配制水溶液，并在60℃的水浴中搅拌加热0.5h-1h。采用本专利技术的方法制备的铁矿石SCR脱硝催化剂(中低温负载型脱硝催化剂)的脱硝效率测试方法包括以下步骤：步骤1，称取上述的改性铁矿石SCR脱硝催化剂装填在固定床反应器内；步骤2，打开气体进气阀，通入的模拟烟气参数为：n(NO)＝n(NH3)＝500ppm，使用N2为平衡气体，维持气体总流速为1.5L/min，反应空速为30000h-1；步骤3，对反应系统进行程序升温，分别升温至90℃、120℃、150℃、180℃、210℃、240℃、270℃、300℃、330℃的9个温度点，在气体出口处使用烟气分析仪测试反应系统内NOx的量，从而计算出催化剂的脱硝性能。使用时，首先将菱铁矿粉碎，然后筛选出35～65目的铁矿石颗粒，从而获得铁矿石原料；同时配制Ce(NO3)3溶液，6.2gCe(NO3)3·6H2O放入已量取20ml去离子水的烧杯中，将其按一定比例配制好溶液后，再称取前面已获得的铁矿石10g投入到刚配好的溶液当中，放置在恒温磁石搅拌器搅拌加热，在60℃的水浴中搅拌加热0.5-1h直到溶剂几乎蒸发掉，再将其转移到烘箱中，在120℃进行1h恒温干燥，将干燥后所得的混合物置于马弗炉中经550℃煅烧4h，最后将煅烧产物筛选出35～65目的改性铁矿石。对样品进行筛选,获得35～65目即得改性催化剂20％Ce-菱铁矿。依此方法可同样制备550℃煅烧改性的10％Ce-菱铁矿，0％Ce-菱铁矿等催化剂。改变煅烧温度为600℃，可以制备600℃煅烧改性的20％Ce-菱铁矿，0％Ce-菱铁矿等催化剂。催化剂制备采用的化学试剂有Ce(NO3)3·6H2O(分析纯)、蒸馏水、菱铁矿等。有益效果：1.以铁矿石为原料，铁氧化物本身就具有一定的催化活性，来源广泛，价格低廉，有利于推广；2.稀土元素Ce具有一定储氧作用；当Fe，Mn与Ce以一定比例混合，在反应中起到互相促进配合作用，能促进和提高脱硝反应效率；3.本专利技术提供的脱硝催化剂在高温下具有较宽的活性窗口，有利于高温成型，且环境友好，有利于开发工业化SCR催化剂。除了上面所述的本专利技术解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本专利技术的一种改性铁矿石低温SCR催化剂所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。附图说明图1是550℃煅烧后不同Ce掺杂量的菱铁矿催化剂脱硝效率；图2是600℃煅烧后不同Ce掺杂量的菱铁矿催化剂脱硝效率；具体实施方式实施例1：550℃煅烧掺杂20％Ce的菱铁矿的低温脱硝催化剂制备方法步骤如下：首先将菱铁矿粉碎，筛选出35～65目的铁矿石颗粒，从而获得铁矿石原料；同时配制Ce(NO3)3溶液，6.2gCe(NO3)3·6H2O放入已量取20ml去离子水的烧杯中，将其按一定比例配制好溶液后，再称取前面已获得的铁矿石10g投入到刚配好的溶液当中，放置在恒温磁石搅拌器搅拌加热，在60℃的水浴中搅拌加热0.5-1h直到溶剂几乎蒸发掉，再将其转移到烘箱中，在120℃进行1h恒温干燥，将干燥后所得的混合物置于马弗炉中经550℃煅烧4h，最后将煅烧产物筛选出35～65目的改性软锰矿，得到的就是550℃煅烧改性的20％Ce-菱铁矿催化剂。实施例2：实施步骤如实例1，其他条件不变，改变Ce(NO3)3·6H2O量为3.1g，制得550℃煅烧改性的10％Ce-菱铁矿催化剂。实施例3：仅将菱铁矿机械粉碎，然后筛选出35～65目的铁矿石颗粒，再将其在550℃进
行煅烧处理，获得单一550℃煅烧的菱铁矿催化剂。实施例4：实施步骤如实施例1，其他条件不变，改变煅烧温度为600℃，制得600℃煅烧改性的20％Ce-菱铁矿催化剂。实施例5：仅将菱铁矿机械粉碎，然后筛选出35～65目的铁矿石颗粒，再将其在600℃进行煅烧处理，获得单一600℃煅烧的菱铁矿催化剂。对于实施例3制备的550℃煅烧的菱铁矿和实施例5制备的600℃煅烧的菱铁矿以及实施例2制备的10％Ce-菱铁矿，实施例1和实施例4制备的20％Ce-菱铁矿催化剂进行XRF元素分析，可得结果如表一所示：表一 550℃煅烧制备的三种催化剂XRF分析由分析可知，10％Ce-菱铁矿中Ce的含量约为12％，20％Ce-菱铁矿中Ce的含量约为21％，由于搅拌过程存在质量损失以及误差本身，Ce的实际掺杂量与理论掺杂量有较小的误差，但基本接近。上述实施例的催化剂脱硝活性测试如下：脱硝效率测试是将实施例1、2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性铁矿石SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将铁矿石粉碎后筛选出35～65目的铁矿石颗粒；步骤2，配制Ce(NO3)3溶液，将3.1～6.2g的Ce(NO3)3·6H2O溶于20ml的蒸馏水中制得；步骤3，将铁矿石投入Ce(NO3)3溶液中，对其进行恒温水浴搅拌加热至溶剂完全蒸发得到混合物；步骤4，将上述步骤3的混合物转移到烘箱中，在100～120℃进行0.5‑1h恒温干燥；步骤5，将干燥后所得的混合物置于马弗炉中经550‑600℃煅烧3～4h，最后将煅烧产物筛选出35～65目的改性铁矿石SCR脱硝催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种改性铁矿石SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将铁矿石粉碎后筛选出35～65目的铁矿石颗粒；步骤2，配制Ce(NO3)3溶液，将3.1～6.2g的Ce(NO3)3·6H2O溶于20ml的蒸馏水中制得；步骤3，将铁矿石投入Ce(NO3)3溶液中，对其进行恒温水浴搅拌加热至溶剂完全蒸发得到混合物；步骤4，将上述步骤3的混合物转移到烘箱中，在100～120℃进行0.5-1h恒温干燥；步骤5，将干燥后所得的混合物置于马弗炉中经550-600℃煅烧3～4h，最后将煅烧产物筛选出35～65目的改性铁矿石SCR脱硝催化剂。2.根据权利要求1所述的改性铁矿石SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：所述铁矿石是菱铁矿石，菱铁矿石的FeCO3的含量不低于75wt％，Ce的量以质量百分比计算为10％～20％。3.根据权利要求1所述的改性铁矿石SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的恒温水浴搅拌加热是指使用恒温磁石搅拌器配制的水溶液，并在...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢慧霞，归柯庭，王瑞，赵云飞，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32