一种以镁铝水滑石为载体的脱硫脱硝催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于大气污染控制技术领域，具体公开了一种以镁铝水滑石为载体的脱硫脱硝催化剂及其制备方法和应用。本发明专利技术采用稳态共沉淀法、以类水滑石为催化剂前体，制备了含过渡金属Cu的具有介孔结构特征的混合氧化物催化剂，在富氧条件下实现了SO2和NOx的同时催化去除效果。本发明专利技术催化剂对于NOx的净化效率高于90％，对SO2的净化效率高于80％。利用此方法制备的催化剂具有远优于用浸渍法制备催化剂的活性和稳定性。本发明专利技术还提供了上述催化剂在工业废气的脱硫脱硝领域的应用，此制备工艺简单，制得的催化剂稳定性好，具有较好的活性和高选择性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于大气污染控制
，具体涉及一种以镁铝水滑石为载体的脱硫脱硝催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
我国大气污染非常严重，特别是经济发达地区酸雨频率还在增加，且呈硫酸硝酸复合型，因此对工业废气进行同时脱硫脱硝非常迫切。关于工业烟气脱硫脱硝技术，国内外进行了广泛的研究与大规模的工程实践，但目前采用的工艺大多在锅炉尾烟气段分别设置脱硫、脱硝装置，这种分级方式存在占地面积大、系统复杂及阻力大、投资及运行费用高、烟气系统稳定性控制要求高等问题。烟气同时脱硫脱硝工艺以其相对投资少、工艺简单，越来越受到重视。层状双金属氢氧化物(LDHs)作为一种新型纳米复合材料，人们对其结构、反应性能和机理进行了深入的研究，开发了多种新型具有特异性能的水滑石材料。它是由带正电荷的金属氢氧化物层和层间平衡阴离子构成。它既具有离子交换性，又具有孔径可调变的择形吸附、催化性能。LDHs经高温焙烧、脱去层间水和阴离子，可以得到具有较大比表面积和较强碱性的复合金属氧化物，可以用来吸附NOx、SO2、CO2等气体，在汽车尾气处理和工业废气污染中有着重要的应用。以类水滑石为前驱体的复合金属氧化物分别用于脱除SO2和NOx已被广泛报道，中国专利201010221354.0采用焙烧复原法制得负载铈的镁铝类水滑石前驱体，然后高温焙烧得到催化裂化烟气硫转移剂活动组元，应用于减少催化裂化过程再生烟气中SO2污染物排放，但没有提及对NOx的影响。由于烟道气中的废气除了SO2和NOx外，还有5％的O2，因此，利用烟道气中的O2同时氧化吸附SO2和NOx具有广阔的研究前景。水滑石复合氧化物体系同时含有酸性和碱性中心位，不同金属粒子在复合氧化物中相互作用可以产生不同活性粒。研究发现，含Co水滑石类制备的复合金属氧化物中有Co纳米粒子存在，可以在氧化剂存在的条件下协同脱除SO2和NOx,而含Cu的水滑石类催化剂不需要氧化剂就能催化脱除SO2和NOx。因此，应用水滑石复合氧化物同时氧化吸附脱SO2和NOx，具有广阔的研究和应用前景。
技术实现思路
为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种以镁铝水滑石为载体的脱硫脱硝催化剂的制备方法。该方法采用稳态共沉淀法合成了含Cu的M/MgAl-LDH类水滑石的催化剂。此方法制备的催化剂具有较高的催化活性，在工业废气的脱硫脱硝反应中，表现出远优于传统浸渍法制备的催化剂的反应性能和稳定性，且该催化剂在再生后仍能保持良好的催化活性。本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法制得的催化剂(Cu-Mg-Al-O)。该催化剂具有较高的催化活性，250℃时NO的转化率可高达90％，SO2转化率达到80％，且保持稳定，活性随Cu含量的增加而升高。本专利技术的再一目的在于提供上述催化剂在工业废气的脱硫脱硝反应中的应用。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种以镁铝水滑石为载体的脱硫脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：分别配制含有镁盐、铝盐和铜盐的混合盐溶液，以及含有氢氧化钠和碳酸钠的混合水溶液，将两者同时缓慢滴加至一定量的去离子水中，搅拌一段时间，经过滤，洗涤，干燥，500-800℃焙烧2-5小时，得到镁铝水滑石负载铜的催化剂，即所述以镁铝水滑石为载体的脱硫脱硝催化剂。在所述镁铝水滑石载体制备过程中使用的镁盐和铝盐只要是常规使用的镁盐和铝盐即可，一般优选的使用的镁盐为硝酸镁、氯化镁和硫酸镁中的一种；优选使用的铝盐为硝酸铝、氯化铝和硫酸铝中的一种；所述的镁盐和铝盐的摩尔比为1:10-10:1。在所述通过稳态共沉淀法利用镁铝水滑石负载铜催化剂制备过程中使用的铜的前驱体为硝酸铜、氯化铜和硫酸铜中的一种，所述铜盐和镁盐的摩尔比为0.1-7.5。上述制备方法中，滴加混合盐溶液和碱混合水溶液时，滴加速度不需要严格控制，在试验中一般以每秒1滴的速度(约1-10ml/min)进行滴加。上述制备方法中，所述搅拌是指在50-100℃下搅拌6-24小时，所述干燥是指在50-200℃下干燥6-14小时。本专利技术还提供了一种由上述制备方法制得以镁铝水滑石为载体的脱硫脱硝催化剂，该催化剂以镁铝水滑石为载体，以铜作为活性组分，该催化剂中活性组分Cu的质量分数为5-20％。上述以镁铝水滑石为载体的脱硫脱硝催化剂在工业废气的脱硫脱硝中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：根据本专利技术所述的以类水滑石作为载体，利用稳态共沉淀法负载铜制备的用于工业废气领域同时脱硫脱硝的催化剂。用传统的浸渍法制备的催化剂，活性组分很难在催化剂上面均匀分布，导致催化活性的降低并且活性组分容易从载体上面脱落，利用稳态共沉淀法制备的催化剂晶形更稳定，比表面、孔径和孔容比由浸渍法制备的催化剂都要大，表现出远优于传统浸渍法制备的催化剂的反应性能和稳定性，且该催化剂在再生后仍能保持良好的催化活性。本专利技术以类水滑石为催化剂前体，制备了含过渡金属Cu的具有介孔结构特征的混合氧化物催化剂，在富氧条件下实现了SO2和NOx的同时催化去除效果。本专利技术催化剂对于NOx的净化效率高于90％，对SO2的净化效率高于80％。利用此方法制备的催化剂具有远优于用浸渍法制备催化剂的活性和稳定性。本专利技术还提供了上述催化剂在工业废气的脱硫脱硝领域的应用，此制备工艺简单，制得的催化剂稳定性好，具有较好的活性和高选择性。附图说明图1是根据制备实施例制备的Cu/Mg(Al)OE催化剂和根据对比实施例制备的Cu/Mg(Al)OI催化剂在不同烟气温度下对SO2转化率的曲线图。图2是根据制备实施例制备的Cu/Mg(Al)OE催化剂和根据对比实施例制备的Cu/Mg(Al)OI催化剂在不同烟气温度下对NOx转化率的曲线图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1利用稳态共沉淀法制备的镁铝水滑石负载铜催化剂，包括以下步骤：(1)按照Mg/Al摩尔比为1:10和Cu/Mg摩尔比为1:2，称取2.6gMg(NO3)2·6H2O、37.5gAl(NO3)3·9H2O和12gCu(NO3)2·3H2O，按比例配制混合盐溶液；(2)称取8.8g氢氧化钠和5.1g碳酸钠溶于100ml蒸馏水，配制NaOH/Na2CO3摩尔比为1:1的混合碱溶液；(3)将步骤(2)和步骤(1)配制的两种溶液同时滴加至100ml蒸馏水中，在100℃下搅拌12h后将得到的悬浊液抽滤，用蒸馏水洗涤3次后在120℃下烘干12h，将烘干后的固体在600℃下焙烧2小时，得到用稳态共沉淀法制备的镁铝水滑石负载铜催化剂Cu/Mg(Al)O。所述的催化剂成品的Cu/Mg摩尔比为1:2，催化剂Cu/Mg(Al)O中活性组分Cu的质量分数为10％。取研磨后的催化剂粉末2.0g，放入石英管反应器中测试其脱硫脱硝活性，结果表明，反应温度150～400℃之间，250℃时NO的转化率高达90％，SO2转化率达到80％，且保持稳定，活性随Cu含量的增加而升高。实施例2利用稳态共沉淀法制备的镁铝水滑石负载铜催化剂，包括以下步骤：(1)按照Mg/Al摩尔比为3:1和Cu/Mg摩尔比为5:2，称取38.5gMg(NO3)2·6H2O、18.8gAl(NO3)3·9H2O和90.6gCu(NO3)2·3H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以镁铝水滑石为载体的脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：分别配制含有镁盐、铝盐和铜盐的混合盐溶液，以及含有氢氧化钠和碳酸钠的混合水溶液，将两者同时滴加至一定量的去离子水中，搅拌一段时间，经过滤，洗涤，干燥，500‑800℃焙烧2‑5小时，得到所述以镁铝水滑石为载体的脱硫脱硝催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种以镁铝水滑石为载体的脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：分别配制含有镁盐、铝盐和铜盐的混合盐溶液，以及含有氢氧化钠和碳酸钠的混合水溶液，将两者同时滴加至一定量的去离子水中，搅拌一段时间，经过滤，洗涤，干燥，500-800℃焙烧2-5小时，得到所述以镁铝水滑石为载体的脱硫脱硝催化剂。2.根据权利要求1所述的一种以镁铝水滑石为载体的脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述的镁盐和铝盐的摩尔比为1:10-10:1。3.根据权利要求1所述的一种以镁铝水滑石为载体的脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述铜盐和镁盐的摩尔比为0.1-7.5。4.根据权利要求1所述的一种以镁铝水滑石为载体的脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述镁盐为硝酸镁、氯化镁和硫酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：马社霞，高博，邹维欢，吕延山，
申请(专利权)人：环境保护部华南环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44