一种炭基材料低温脱硝催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术的名称为一种炭基材料低温脱硝催化剂及其制备方法。属于大气污染控制技术领域。它主要是解决现有脱硝催化剂反应温度高、脱硝效率低、成本高的问题。它的主要特征是：所述的低温脱硝催化剂以炭基材料为载体，以钒、钨和铈为活性组分的催化剂；先用硝酸溶液对炭基材料进行表面处理，再用浸渍法在炭基材料负载上钒、钨和铈活性组分，在氮气氛围下在350~750℃进行煅烧。本发明专利技术的炭基材料的原料来源广泛，催化剂制备工艺简单，环境友好，在80~220℃范围内具有良好的脱硝活性、选择性和稳定性，是一种较好的低温脱硝催化剂，具有良好的应用前景，适用于工业应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于大气污染控制
，涉及一种炭基材料低温脱硝催化剂及其制备方法。
技术介绍
氮氧化物对大气的污染是一个世界性的环境问题，它对大气的影响主要有酸雨、光化学烟雾、较高的地面臭氧浓度和温室效应等，不但污染大气还对人体健康和植物生长造成不同程度的损害。近年来我国的氮氧化物排放量和大气中氮氧化物浓度快速增加，导致一系列的城市以及区域环境问题，对城市居民的健康和生态环境构成巨大的威胁，因此，积极研究开发烟气脱硝技术，具有重要的环境效益、经济效益和社会效益。目前主流的脱硝技术为选择性催化还原（SCR）技术，SCR脱除氮氧化物是一种成熟的烟气脱硝技术，该技术因脱硝效率高，相对性价比高，在很多发达国家已经推广应用。大多数SCR脱硝装置采用的是V2O5—WO3/TiO2或V2O5—MoO3/TiO2催化剂，一方面，该类钛基催化剂脱硝温度较高（300~400℃），只能将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；另一方面，该类催化剂中钒组分易流失，对环境和人体造成伤害。因此，催化剂已成为制约我国推广应用SCR脱硝技术的瓶颈，研究出低温脱硝性能良好、廉价的SCR脱硝催化剂具有重要的意义。炭基材料具有比表面积大、空隙结构独特、表面化学官能团稳定、疏水性、抗酸碱腐蚀以及失效后可多次再生利用等特点。其独特的化学性质使得在适宜的反应条件下表现出良好的脱硝性能，与钛基材料相比，材料来源丰富、操作时操作方便、安全隐患点、运输方便。以炭基材料为载体的脱硝催化剂制备工艺简单，环境友好，经济成本低。楚英豪等人（楚英豪，刘超，宋鹏，尹华强，郭家秀.制备条件对Ce/Ac催化剂低温C3H6选择性催化还原NO的影响[J],四川大学学报，2011（43）：160-164.）制备了一系列的Ce/Ac催化剂，以C3H6为还原剂，当温度为270℃到330℃时，脱硝效率为70%，相对于钛基催化剂，该催化剂的温度相对有所降低，但是该催化剂在制备时能耗高，成本较高。在公开号CN1597095A中公开了一种在活性炭上负载0.1~10%五氧化二钒的脱硝催化剂，该催化剂采用等体积浸渍法，经过浸渍、干燥、煅烧和氧化制得。该专利技术对氮氧化物有较高的脱除率，能够克服烟气中粉尘堵塞问题，床层压降小。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种炭基材料低温脱硝催化剂及其制备方法。炭基材料低温脱硝催化剂是以炭基材料为载体，钒、钨和铈为活性组分，采用浸渍法制备，工艺简单，在80~220℃范围内具有良好的脱硝活性和选择性，该催化剂原料来源广泛，是一种性能良好的催化剂。本专利技术脱硝催化剂的技术解决方案是：一种炭基材料低温脱硝催化剂，其特征在于：所述的低温脱硝催化剂以炭基材料为载体，以钒、钨和铈为活性组分的催化剂；先用硝酸溶液对炭基材料进行表面处理，再用浸渍法在炭基材料负载上钒、钨和铈活性组分。所述的钒的负载量为炭基材料重量的1-10wt%；钨的负载量为炭基材料重量的1-10wt%；铈的负载量为炭基材料的1-10wt%。所述的炭基材料为活性炭或活性炭纤维。所述的活性炭为外观形状为圆柱状活性炭、球形活性炭或中空活性炭。所述的活性炭为椰壳活性炭、果壳活性炭、煤质活性炭或木质活性炭。所述的活性炭粒径大小从最小的20-100目，到常规的2mm-8mm。本专利技术制备方法的技术解决方案是：一种炭基材料低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：以钒的可溶性盐、钨的可溶性盐、铈的可溶性盐、炭基材料、水为原料，先用硝酸溶液对炭基材料进行表面处理，再用浸渍法在炭基材料负载上活性组分。本专利技术制备方法的技术解决方案包括以下步骤：⑴将炭基材料用15%-55%硝酸水溶液中浸泡不少于2h，然后过滤，用去离子水冲洗至pH为3~7，最后在60~120℃下烘干；⑵将钒的可溶性盐和钨的可溶性盐配制成钒和钨的混合溶液，将步骤⑴得到的炭基材料加入到钒和钨的混合溶液中，采用浸渍法进行负载，时间为10~30h，接着在60~120℃下烘干；⑶将铈的可溶性盐配制成铈溶液，将步骤⑵得到的炭基材料加入到铈溶液中，采用浸渍法进行负载，时间为10~30h，接着在60~120℃下烘干；⑷将步骤⑶得到的炭基材料在氮气保护下煅烧2~10h，煅烧温度为350~750℃。所述的步骤⑴中硝酸水溶液的质量浓度为15~55%，所述的硝酸水溶液的体积用量以活性炭质量计为1.5~3ml/g。所述的步骤⑵中钒的负载量为炭基材料重量的1-10wt%；钨的负载量为炭基材料重量的1-10wt%；所述的步骤⑶中铈的负载量为炭基材料重量的1-10wt%；钒的可溶性盐为偏钒酸铵，钨的可溶性盐为钨酸铵，铈的可溶性盐为硝酸铈。本专利技术炭基材料低温脱硝催化剂以活性炭为载体，来源广泛，制备工艺操作简单，能耗低；在温度区间为80~220℃、空速为1000~12000h-1的条件下，催化剂的脱硝效率维持在85%以上，该脱硝催化剂的活性、选择性和稳定性偏高，具有良好的应用前景，适用于工业应用。具体实施方式实施例1：催化剂原料为活性炭、水、偏钒酸铵、钨酸铵和硝酸铈，活性炭为木质活性炭、粒径为20-80目。先在50℃的恒温水浴中用50%的硝酸溶液浸泡活性炭2.5h，然后过滤，用去离子水冲洗至pH为6~7时，最后在90℃下烘干。取硝酸处理后过的活性炭，V的负载量为炭基材料重量的3wt%，W的负载量为炭基材料重量的3wt%，根据元素守恒定量，计算出所需偏钒酸铵和钨酸铵的量，分别配置为偏钒酸铵和钨酸铵溶液，浸渍12h后在100℃下烘干，Ce的负载量为炭基材料重量的8wt%，根据元素守恒定量，计算出所需硝酸铈的量，配置为硝酸铈溶液，浸渍12h后在100℃下烘干。在氮气保护下，在温度为500℃下煅烧2h得到催化剂。对制备的催化剂进行活性和选择性测试，实验条件：反应温度为80~220℃，空速为10000h-1，氧气浓度5%，NO浓度1200ppm，将上述催化剂装填进固定床石英反应器中，脱硝效率稳定在90%以上。实施例2：催化剂原料为活性炭、水、偏钒酸铵、钨酸铵和硝酸铈，活性炭为煤质活性炭、粒径4mm球形活性炭，在常温下用40%的硝酸溶液浸泡活性炭8h，然后过滤，用去离子水冲洗至pH为4~5时，最后在110℃下烘干。取硝酸处理后过的活性炭，V的负载量为炭基材料重量的2wt%，W的负载量为炭基材料重量的3wt%，根据元素守恒定量，计算出所需偏钒酸铵和钨酸铵的量，分别配置为偏钒酸铵和钨酸铵溶液，浸渍20h后在100℃下烘干，Ce的负载量为炭基材料重量的6wt%，根据元素守恒定量，计算出所需硝酸铈的量，配置为硝酸铈溶液，浸渍20h后在100℃下烘干。在氮气保护下，在温度为450℃下煅烧2h得到催化剂。对制备的催化剂进行活性和选择性测试，实验条件：反应温度为80~220℃，空速为8000h-1，氧气浓度4%，NO浓度1000ppm，将上述催化剂装填进固定床石英反应器中，脱硝效率稳定在85%以上。实施例3：催化剂原料为活性炭、水、偏钒酸铵、钨酸铵和硝酸铈，活性炭为煤质活性炭、粒径为4mm柱状活性炭。先在80℃的恒温水浴中用30%的硝酸溶液浸泡活性炭4h，然后过滤，用去离子水冲洗至pH为3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种炭基材料低温脱硝催化剂，其特征在于：所述的低温脱硝催化剂以炭基材料为载体，以钒、钨和铈为活性组分的催化剂；先用硝酸溶液对炭基材料进行表面处理，再用浸渍法在炭基材料负载上钒、钨和铈活性组分。

【技术特征摘要】
1.一种炭基材料低温脱硝催化剂，其特征在于：所述的低温脱硝催化剂以炭基材料为载体，以钒、钨和铈为活性组分的催化剂；先用硝酸溶液对炭基材料进行表面处理，再用浸渍法在炭基材料负载上钒、钨和铈活性组分。2.根据权利要求1所述的一种炭基材料低温脱硝催化剂，其特征在于：所述的钒的负载量为炭基材料重量的1-10wt%；钨的负载量为炭基材料重量的1-10wt%；铈的负载量为炭基材料重量的1-10wt%。3.根据权利要求1或2所述的一种炭基材料低温脱硝催化剂，其特征在于：所述的炭基材料为活性炭或活性炭纤维。4.根据权利要求3所述的一种炭基材料低温脱硝催化剂，其特征在于：所述的活性炭为外观形状为圆柱状活性炭、球形活性炭或中空活性炭。5.根据权利要求3所述的一种炭基材料低温脱硝催化剂，其特征在于：所述的活性炭为椰壳活性炭、果壳活性炭、煤质活性炭或木质活性炭。6.根据权利要求4所述的一种炭基材料低温脱硝催化剂，其特征在于：所述的活性炭粒径大小从最小的20-100目，到常规的2mm-8mm。7.一种根据权利要求1~6所述的任一种炭基材料低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：以钒的可溶性盐、钨的可溶性盐、铈的可溶性盐、炭基材料、水为原料，先用硝酸溶液对炭基材料进行表面处理，再用浸渍法在炭基材料负...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩文静，李刚，李月丽，岑望来，
申请(专利权)人：成都国化环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51