一种低温脱硝催化剂及制备方法技术

本发明专利技术涉及到一种低温脱硝催化剂及其制备方法，其特征在于该催化剂为由氧化锰、氧化铁、氧化钨和氧化钇组成的固体溶液；所述固体溶液中锌与锰元素的摩尔比为0.2～0.4∶1，钨与锰元素的摩尔比为0.2～0.3∶1，钇与锰元素的摩尔比为0.1～0.2∶1。制备方法是先将钨前驱体和草酸溶于去离子水中，搅拌澄清后加入锌前驱体、锰前驱体、钇前驱体和模板剂，使其充分混合，然后加入尿素，反应得到产物，分离、干燥、焙烧、粉碎后得到低温脱硝催化剂。该催化剂低温活性好且耐硫、抗水能力强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种低温脱硝催化剂及制备方法。
技术介绍
氮氧化物是大气中的主要污染物之一，在大气中的大量存在不仅能对生态环境和人体健康产生直接的危害，而且还能与其它污染物相互反应形成光化学烟雾等危害更大的二次污染。根据排放源特征，NOx的来源可分为固定源和移动源，其中固定源包括火力发电厂、工业锅炉、硝酸厂及垃圾焚烧等；移动源主要来自汽车、柴油车及航空水运等过程。近年来，随着我国煤炭石油消耗量的快速增长，导致NOx的排放量逐年攀升，由此产生的酸雨、光化学烟雾和颗粒物污染等问题日益严重，其进一步对生态环境、人类健康及社会经济发展产生了巨大影响。为了有效控制NOx污染，我国在2011年颁布了《火电厂大气污染物排放新标准》，同时将NOx减排任务写进国家“十二五”发展规划。目前工业上脱除烟气中NOx最为有效的方法是以NH3为还原剂在催化剂的作用下选择性将其中的NOx催化还原为无毒无害的N2和水的NH3-SCR技术。该技术的核心是催化剂，其工业化的催化剂体系是以MO3或WO3改性的V2O5/TiO2，该催化体系催化反应活性高、抗SO2中毒性能强，但是其脱硝温度较高(350℃～400℃)，必须将SCR装置布置于省煤器和空气预热器之间，但此处烟气中存在大量飞灰，飞灰中含有碱金属、砷和汞等物质，会侵蚀和毒化催化剂，导致催化剂失活，降低其使用寿命；且现在锅炉大多在省煤器和空气预热器之间没有预留脱硝空间，若对省煤器、除尘器和脱硫装置进行改造，投资费用高；同时催化剂的主要活性组分V2O5具有生物毒性。因此，开发中低温脱硝活性高及环境友好型催化剂体系成为近期研究的热点，并具有重要的现实意义。中国专利CN101879452A公开了一种低温脱硝的复合氧化物的制备方法，该催化剂的低温活性好，但是其比表面积较低，N2选择性较差，当反应温度超过250℃时其催化活性急剧下降。专利技术专利CN100473456C公开了一种用于锅炉低温烟气脱硝的SCR催化剂及其制备方法，该催化剂以活性碳纤维为载体，以锰和铈的氧化物为活性组分，其显示了较好的低温活性，但是该催化剂存在抗水性能差，机械强度不足，不易成型。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种低温活性好且耐硫、抗水中毒性能强的低温脱硝催化剂。本专利技术所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状提供一种低温活性好且耐硫、抗水中毒性能强的低温脱硝催化剂的制备方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：低温脱硝催化剂，其特征在于该催化剂为由氧化锰、氧化铁、氧化钨和氧化钇组成的固体溶液；所述固体溶液中锌与锰元素的摩尔比为0.2～0.4∶1，钨与锰元素的摩尔比为0.2～0.3∶1，钇与锰元素的摩尔比为0.1～0.2∶1。上述低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于包括下述步骤：称取等重量的钨前驱体和草酸溶于去离子水中，室温、300～500rpm下搅拌至溶液澄清后加入锌前驱体、锰前驱体、钇前驱体和模板剂，继续搅拌30～60min使其充分混合，得到第一混合溶液；所述去离子水的用量以控制第一混合溶液中金属离子的总浓度在0.6～2.0mol/L为准；所述第一混合溶液中，锌元素与锰元素的摩尔比为0.2～0.4∶1，钨元素与锰元素的摩尔比为0.2～0.3∶1，钇与锰元素的摩尔比为0.1～0.2∶1；所述模板剂占各前驱体总重量之和的3％～6wt％；所述锰前驱体选自为硝酸锰、醋酸锰和氯化锰中的至少一种；所述锌前驱体选自硝酸锌、硫酸锌和氯化锌中的至少一种；所述钨前驱体选自钨酸铵、仲钨酸铵、硝酸钨和氯化钨中的至少一种；所述钇前驱体选自硝酸钇、氯化钇和硫酸钇中的至少一种；所述模板剂选自丝氨酸1-丁基-3-甲基咪唑、亮氨酸1-丁基-3-甲基咪唑、甘氨酸四丁基铵和甘氨酸四丁基铵中的至少一种；2)向第一混合溶液中加入尿素，在密闭容器中、室温下以500～800rpm搅拌30～60min，然后1～3℃/min的速率升温至90～99℃继续搅拌6～12h；得到反应产物；所述尿素的用量为各前驱体总重量的5～10倍；3)将反应产物中的沉淀物分离出来，对沉淀物进行抽滤，并用去离子水洗涤至滤液呈中性，然后将沉淀物在105～150℃下干燥处理5～10h；得到干燥产物；4)将干燥产物在300～500℃下空气中恒温处理3～5h后，粉碎成20～40目粉末，即得到低温脱硝催化剂。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)催化剂的生产工艺简单，易于操作，且采用无毒无害组分，减少了对自然环境和人体健康的危害，环境友好。(2)以尿素为沉淀剂利用均相共沉淀的方法制备的复合氧化物可以使活性组分获得均匀分散，克服常规沉淀剂存在的活性组分分布不均的问题。(3)催化剂的低温反应活性和稳定性好，在80～300℃内具有70％～100％的NOx转化率和95％以上的N2选择性。(4)本专利技术制备的催化剂具有大量有序介孔结构，比表面积大，能够有效抵抗硫酸铵盐对催化剂表面上活性中心的覆盖，抗水耐硫性能强。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1至实施例6实施例1至实施例6中催化剂的制备方法如下：称取等重量的钨前驱体和草酸溶于1L去离子水中，在室温下以第一速率搅拌至溶液澄清后，加入锌前驱体、锰前驱体、钇前驱体和模板剂，以第一速率进行第二次搅拌，使其充分混合，得到第一混合溶液；2)向第一混合溶液中加入尿素，在密闭容器中、室温下进行第三次搅拌，然后以一定的速度升温至第一温度，在第一温度下进行第三次搅拌；得到反应产物；3)分离出反应产物中的沉淀物，对沉淀物进行抽滤，并用去离子水洗涤至滤液呈中性，然后将洗涤后的沉淀物在第二温度下干燥一段时间；得到干燥产物；4)将干燥产物在第三温度、空气中即有氧条件下焙烧处理一段时间，产物粉碎成20～40目粉末，即得到低温脱硝催化剂。实施例1至实施例4中各物质配比及工艺参数如表1所示。表1表1中，*：模板剂的用量以各前驱体总重量之和计。对实施例1至实施例6所得到的催化剂进行活性和抗硫、水中毒性能测试。催化剂活性测试方法如下：在固定床反应器中进行，装填2mL催化剂，向反应器内通入模拟烟气。模拟烟气组成为：1000ppmNH3，1000ppm NO，6％ O2，He为平衡气，总流量为500mL/min，反应空速为15000h-1，反应温度为80～300℃。检测反应产物中NOx含量。用烟气分析仪KM9106分析测定反应产物中NO和NO2含量，用带有PQ色谱柱的气相色谱(Agilent 7890A)检测反应产物中的N2O的含量。计算NOx转换率。NOx转化率的计算方法如下：N2选择性的计算方法如下：其中[NOx]＝[NO]+[NO2]。不同温度下NOx转化率和N2选择性的结果分别列于表2和表3所示。表2表3抗SO2和H2O中毒性的测试方法如下：在固定床反应器内装填2.0mL实施例3制得的催化剂，向反应器内通入反应混合气。反应混合气的组成为：[NH3]＝[NO]＝1000ppm，[O2]＝6vol％，[SO2]＝100ppm，[H2O]＝5vol％，He为平衡气，总得气速为500mL/min，反应空速为15000h-1，反应温度为200℃。分别取反应10h和120h的反应产物，检测反应产物中NOx含量，计算NOx转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温脱硝催化剂，其特征在于该催化剂为由氧化锰、氧化铁、氧化钨和氧化钇组成的固体溶液；所述固体溶液中锌与锰元素的摩尔比为0.2～0.4∶1，钨与锰元素的摩尔比为0.2～0.3∶1，钇与锰元素的摩尔比为0.1～0.2∶1。

【技术特征摘要】
1.一种低温脱硝催化剂，其特征在于该催化剂为由氧化锰、氧化铁、氧化钨和氧化钇组成的固体溶液；所述固体溶液中锌与锰元素的摩尔比为0.2～0.4∶1，钨与锰元素的摩尔比为0.2～0.3∶1，钇与锰元素的摩尔比为0.1～0.2∶1。2.如权利要求1所述的低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于包括下述步骤：称取等重量的钨前驱体和草酸溶于去离子水中，室温、300～500rpm下搅拌至溶液澄清后加入锌前驱体、锰前驱体、钇前驱体和模板剂，继续搅拌30～60min使其充分混合，得到第一混合溶液；所述去离子水的用量以控制第一混合溶液中金属离子的总浓度在0.6～2.0mol/L为准；所述第一混合溶液中，锌元素与锰元素的摩尔比为0.2～0.4∶1，钨元素与锰元素的摩尔比为0.2～0.3∶1，钇与锰元素的摩尔比为0.1～0.2∶1；所述模板剂占各前驱体总重量之和的3％～6wt％；所述锰前驱体选自为硝酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏亮，
申请(专利权)人：宁波高新区夏远科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33