一种强耐硫脱硝催化剂及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高效的铁铋钛复合氧化物催化剂，其中，以金属元素的摩尔比计，铁和钛的摩尔比为0.5~1.0，铋和钛的摩尔比为0.5~1.0，所述脱硝催化剂在制备过程中采用均相共沉淀法和水热法一体化的处理工艺，同时利用共沸精馏的技术手段进行后处理，在该金属复合氧化物中铁和铋的氧化物处于高度分散的同时并能形成固溶体。本发明专利技术所制备的催化剂可以在200~400℃范围内显示出优异的脱硝活性、反应稳定性及较强的抗水耐硫性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境催化
，涉及一种脱硝催化剂，特别是涉及一种铁铋钛复合氧化物脱硝催化剂及其制备工艺。
技术介绍
氮氧化物（NOx)是大气中常见的主要污染物，首先NOx作为一次污染物，会对人和动植物造成多种直接的危害；其次其在空气中被进一步催化氧化并与水分结合转化为酸雨；此外，NOx还容易引发细粒子污染和雾霾天气，易生成光化学烟雾等具有较强毒性的二次污染物。大气中的NOx主要来源于燃料燃烧，我国以煤炭为主的能源格局在今后相当长的时间内基本保持不变，并且80%以上的煤炭是通过直接燃烧的，特别是用于发电站、工业锅炉和民用锅炉等。随着我国能源消耗量的持续攀升，氮氧化物的排放总量迅速增加，进而对大气的污染程度也会日益加剧。目前应用较为广泛的烟气脱硝技术是以NH3为还原剂，在催化剂的作用下将NOx选择性催化还原为N2和H2O的NH3-SCR技术。该技术对NOx的脱除效率非常高，可达到90%以上，已经成为脱硝的主流技术。NH3-SCR技术的核心是催化剂，目前工业上使用最成熟的催化剂是V2O5-WO3(MoO3)/TiO2，其主要的优点是具有高活性及能承受一定的SO2毒害作用，但同时也存在一些无法避免的缺陷如反应温度窗口较窄、低温活性较差及主要的活性组分V2O5具有生物毒性等。
技术实现思路
本专利技术针对现有脱硝催化剂存在的技术缺陷提供了一种高效的铁铋钛复合氧化物催化剂，该催化剂可以在200~400℃范围内显示出优异的脱硝活性、反应稳定性及较强的抗水耐硫性能。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方法：本专利技术公开了一种强耐硫脱硝催化剂，所述脱硝催化剂为铁铋钛复合氧化物脱硝催化剂，其中，以金属元素的摩尔比计，铁和钛的摩尔比为0.5~1.0，铋和钛的摩尔比为0.5~1.0。本专利技术还公开了上述脱硝催化剂的制备方法，所述脱硝催化剂是采用均相共沉淀法和水热法一体化的处理工艺制备而成的；同时利用共沸精馏的技术手段进行后处理，在该金属复合氧化物中铁和铋的氧化物处于高度分散的同时并能形成固溶体。优选地，所述脱硝催化剂的制备方法，可以通过如下步骤实现：1）将铁源、铋源、钛源溶于去离子水中，在室温下搅拌处理0.5~2.0h后，向其中加入模板剂，继续搅拌0.5~1.5h使其充分混合得到混合溶液，其中混合溶液中铁、铋、钛三者的浓度之和为0.30-10.0mol/L，模板剂的加入量为铁源、铋源、钛源总重量的3~6wt%；2）向上述混合溶液中加入占铁源、铋源、钛源总重量3~6倍的尿素，搅拌处理1~3h使其充分混合得到料液，然后将料液转移至水热反应釜中于80~100℃处理3~6h后降至室温，得到含有沉淀的混合物；3）将步骤2）所得的含有沉淀的混合物过滤、洗涤后得到沉淀，加入200~300倍沉淀剂体积的丙酮进行共沸蒸馏处理；4）将步骤3）得到的产物置于105~120℃条件下干燥处理6~12h，然后转移至450~650℃的空气条件下焙烧处理4~6h，得到粉末状物质；5）将步骤4）中得到的粉末状物质进行压片、筛分后进行活性评价或根据实际情况的需要进行制浆，然后涂覆到各种蜂窝状载体上进行活性评价。作为一种优选实施方式，所述铁源为硝酸铁、硫酸铁、氯化铁、硫酸亚铁、氯化亚铁中一种或多种；铋源为醋酸铋、硝酸铋、铋酸钠中的一种或多种；钛源为硫酸氧钛和/或四氯化钛。作为一种优选实施方式，所述模板剂为聚氧乙烯十二烷基醚、聚乙烯吡咯烷酮、四乙基溴化铵、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物中的一种或多种。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：（1）在催化剂的制备过程中采用无毒无害生产原料，减少了对自然环境造成的二次污染；（2）以尿素为沉淀剂利用均相共沉淀和水热相结合的一体化制备方法，一方面可以使活性组分获得均匀分散；另一方面还有利于活性组分形成固体溶液；此外其可以强化铁和钛之间及铋和钛之间的双循环，从而充分发挥活性组分之间的协同催化效应进而有效提高催化剂的反应活性；（3）催化剂的抗水耐硫性能得到显著加强，一方面活性组分在得到充分均匀分散的同时还形成了固体溶液，其可以有效抵抗反应过程中SO2和H2O对活性组分造成的侵蚀；另一方面在催化剂制备过程中引入模板剂有利于形成大量规整的介孔结构，从而有效缓解硫酸铵盐类物质对催化剂表面上活性中心的覆盖；（4）催化剂的反应温度窗口较宽、稳定性好，并具有较强的抗水耐硫性能；（5）利用共沸蒸馏技术对催化剂进行后处理其利用丙酮与水形成共沸物的特性可以将催化剂前驱体中的游离水进行有效脱除，一方面可以通过诱导晶体表面扩张，在一定程度上提高催化剂的比表面积；另一方面可以抑制在焙烧过程中粒子之间发生团聚，从而有利于活性组分的均匀分散；（6）与常规的均相共沉淀法相比，其所需要的沉淀剂尿素的量更少，反应的时间更短，反应活性更高；与常规的水热法相比其获得活性物质的分散度更高，有利于加强反应活性。具体实施方式以下描述用于揭露本专利技术以使本领域技术人员能够实现本专利技术。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。实施例11）将硝酸铁、醋酸铋、硫酸氧钛溶于去离子水中，在室温下搅拌处理0.5h后，向其中加入聚氧乙烯十二烷基醚，继续搅拌0.5h使其充分混合得到混合溶液，其混合溶液中铁、铋、钛物质的量浓度分别为0.1mol/L、0.1mol/L和0.1mol/L，聚氧乙烯十二烷基醚的加入量为硝酸铁、醋酸铋、硫酸氧钛总重量的3wt%；2）向上述混合溶液中加入占硝酸铁、醋酸铋、硫酸氧钛总重量3倍的尿素，搅拌处理1h使其充分混合得到料液，然后将料液转移至水热反应釜中于80℃处理6h后降至室温，得到含有沉淀的混合物；3）将步骤2）所得的含有沉淀的混合物过滤、洗涤后得到沉淀，加入200倍沉淀剂体积的丙酮进行共沸蒸馏处理；4）将步骤3）得到的产物置于105℃条件下干燥处理12h，然后转移至450℃的空气条件下焙烧处理6h，得到粉末状物质；5）将步骤4）中得到的粉末状物质进行压片、筛分后获得20-40目的样品进行活性评价，该催化剂标记为A。实施例21）将硫酸铁、硝酸铋、硫酸氧钛溶于去离子水中，在室温下搅拌处理2.0h后，向其中加入聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌1.5h使其充分混合得到混合溶液，其混合溶液中铁、铋、钛的物质的量浓度分别为0.5mol/L、0.5mol/L和1.0mol/L，聚乙烯吡咯烷酮的加入量为硫酸铁、硝酸铋、硫酸氧钛总重量的6wt%；2）向上述混合溶液中加入占硫酸铁、硝酸铋、硫酸氧钛总重量6倍的尿素，搅拌处理3h使其充分混合得到料液，然后将料液转移至水热反应釜中于100℃处理3h后降至室温，得到含有沉淀的混合物；3）将步骤2）所得的含有沉淀的混合物过滤、洗涤后得到沉淀，加入300倍沉淀剂体积的丙酮进行共沸蒸馏处理；4）将步骤3）得到的产物置于120℃条件下干燥处理6h，然后转移至650℃的空气条件下焙烧处理4h，得到粉末状物质；5）将步骤4）中得到的粉末状物质进行压片、筛分后获得20~40目的样品进行活性评价，该催化剂标记为B。实施例31）将氯化铁、醋酸铋、四氯化钛溶于去离子水中，在室温下搅拌处理0.5h后，向其中加入四乙基溴化铵，继续搅拌1.5h使其充分混合得到混合溶液，其中混合溶液中铁、铋、钛的物质的量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种强耐硫脱硝催化剂，其特征在于：所述脱硝催化剂为铁铋钛复合氧化物脱硝催化剂，其中，以金属元素的摩尔比计，铁和钛的摩尔比为0.5~1.0，铋和钛的摩尔比为0.5~1.0。

【技术特征摘要】
1.一种强耐硫脱硝催化剂，其特征在于：所述脱硝催化剂为铁铋钛复合氧化物脱硝催化剂，其中，以金属元素的摩尔比计，铁和钛的摩尔比为0.5~1.0，铋和钛的摩尔比为0.5~1.0。2.如权利要求1所述脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：所述脱硝催化剂是采用均相共沉淀法和水热法一体化的处理工艺制备而成的。3.如权利要求2所述脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，是通过如下步骤实现的：1）将铁源、铋源、钛源溶于去离子水中，在室温下搅拌处理0.5~2.0h后，向其中加入模板剂，继续搅拌0.5~1.5h使其充分混合得到混合溶液，其中混合溶液中铁、铋、钛三者的浓度之和为0.30~10.0mol/L，模板剂的加入量为铁源、铋源、钛源总重量的3~6wt%；2）向上述混合溶液中加入占铁源、铋源、钛源总重量3~6倍的尿素，搅拌处理1~3h使其充分混合得到料液，然后将料液转移至水热反应釜中于80~100℃处理3~...

【专利技术属性】
技术研发人员：王欧庭，
申请(专利权)人：王欧庭，
类型：发明
国别省市：河北;13