一种稀土基SCR脱硝催化剂及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种稀土基SCR脱硝催化剂及制备方法，属于环境催化技术领域。该催化剂是一种中低温CeO2与TiO2复合的脱硝催化剂，催化剂的活性组分为二氧化铈，载体为二氧化钛，助剂为过渡金属及稀土金属氧化物；所述催化剂结构式为CeO2‑MOx/TiO2、CeO2/MOx‑TiO2或CeMTiOy，其中：M为Al、Si、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、Sb、La、Pr、Nd、Sm及W中的一种或几种，x的取值范围为1‑3，y的取值范围为2‑5。其优点是：催化剂中不使用有毒物质V2O5，在200‑500 oC范围内具有良好的NOx转化率、N2选择性和NH3转化率，SO2转化率小，抗H2O及碱金属中毒能力优于商用的钒钛系催化剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于含氮氧化物（NOx）烟气及相似组成的NOx污染气体脱除的稀土基催化剂及制备方法，具体涉及一种稀土基SCR脱硝催化剂及制备方法，属于环境催化
技术背景NOx不仅是酸雨的主要贡献者，也是形成近地层大气臭氧污染、光化学烟雾、二次微细颗粒污染和地表富营养化的前提物，由此引起的问题已经与臭氧层破坏、全球气候变化一起成为最为突出的大气环境热点问题。目前SCR法被认为是最好的脱硝技术，它是在特定催化剂作用下，用氨或其他还原剂选择性的将NOx还原为N2的方法。其中，以NH3为还原剂的SCR技术因其效率高、无二次污染而得到了广泛应用。在整个SCR工艺中，催化剂是系统中最核心的部分。SCR催化剂发展主要经历了三个阶段，贵金属催化剂、分子筛催化剂和金属氧化物催化剂。贵金属催化剂通常以Pt、Rh、Pd等作为活性组分，氧化铝或整体式陶瓷作为载体，该催化反应的活性温度区间较低，通常在300°C以下，但温度窗口较窄，且有副产物N2O生成，另外对NH3有一定的氧化作用，对烟气中的SO2也比较敏感，而且成本较高。金属离子交换分子筛催化剂主要包括Y型、ZSM系列和发光沸石等。该类催化剂有效的活性温度区间较高，最高可达600°C，但主要用于燃气排放控制等温度较高的条件下。金属氧化物催化剂在富氧条件下NH3-SCR反应中有较好的催化活性，目前发电厂装配的为V2O5-WO3/TiO2催化剂，但其活性温度窗口较窄，且所使用的V有毒，对环境与人体健康会产生严重危害，我国环境保护部颁布的《关于加强废烟气脱硝催化剂监管工作的通知》，明确将废烟气脱硝催化剂（钒钛系）纳入危险废物管理。因此，开发环境友好、性能优异的稀土基脱硝催化剂意义重大。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有催化剂存在的问题，提供一种成本低、活性高、制备方法简单、环境友好的稀土基SCR脱硝催化剂及制备方法。本专利技术的催化剂是一种中低温CeO2与TiO2复合的脱硝催化剂，催化剂的活性组分为二氧化铈，载体为二氧化钛，助剂为过渡金属及稀土金属氧化物；所述催化剂结构式为CeO2-MOx/TiO2、CeO2/MOx-TiO2或CeMTiOy，其中：M为Al、Si、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、Sb、La、Pr、Nd、Sm及W中的一种或几种，x的取值范围为1-3，y的取值范围为2-5。所述的CeO2-MOx/TiO2或CeO2/MOx-TiO2催化剂中各组分的质量百分含量为：CeO21%-20%、MOx1%-25%，余量为TiO2。CeMTiOy催化剂中CeO2与TiO2的摩尔比为0.05-0.4，MOx与TiO2的摩尔比为0.05-0.3。所述的CeO2-MOx/TiO2催化剂采用浸渍法合成，制备工艺包括如下步骤：向2-40gTiO2中加入20-400mL去离子水，混合均匀，按比例相应加入0.5-20gCe及0.1-10gM的盐溶液，搅拌1-5h，超声处理1-3h，室温下静置10-30h，80-120oC下干燥6-24h，500-700oC下焙烧3-8h，升温速率为3-10oC/min。所述的CeO2/MOx-TiO2催化剂采用浸渍法合成，制备工艺包括如下步骤：向2-40gMOx-TiO2中加入20-400mL去离子水，混合均匀，按比例相应加入0.5-20gCe盐溶液，搅拌1-5h，超声处理1-3h，室温下静置10-30h，80-120oC下干燥6-24h，500-700oC下焙烧3-8h，升温速率为3-10oC/min。所述的CeMTiOy催化剂采用共沉淀法合成，制备工艺包括如下步骤：按化学计量比称取2-20gCe盐、10-40gTi(SO4)2和0.1-10g含M的金属盐，溶于20-400mL去离子水中，将一种或两种沉淀剂滴入到上述溶液中至pH=8-12，得到的沉淀经老化、洗涤、过滤后，80-120oC下干燥6-24h，400-700oC下焙烧3-8h，升温速率为3-10oC/min。所述沉淀剂为：NH3∙H2O、(NH4)2CO3、NH4HCO3、NaOH或NaHCO3。本专利技术中所述的催化剂主要是用于烟气SCR脱硝领域，具体反应条件如下：模拟烟气气体体积比组成为：100-1500ppmNO，100-1500ppmNH3，3-8%O2，0-20%H2O，0-2000ppmSO2，Ar为载气，空速（GHSV）为3000-120000h-1。NH3/NO体积比为0.5-1.5，碱金属添加量按质量比为催化剂用量的1-10%，气体检测系统为配有气体池的傅里叶变换红外分析仪。采用上述技术方案，本专利技术的技术效果有：1.本专利技术的制备方法简单易行，容易实现工业化生产，且制得的催化剂可调控性比较强，通过调控活性组分CeO2的含量、第三组分M的掺杂量、沉淀剂种类、沉淀pH值等即可改善催化剂的脱硝性能。2.本专利技术中所涉及的催化剂操作温度窗口宽，具有良好的稳定性及抗H2O、SO2和碱金属性能。特别的，Ce0.2W0.1TiOy催化剂在250-450oC范围内，NO脱除效率高达100%，N2选择性大于95%，SO2转化率小于1%，抗碱金属中毒能力优于商用的钒钛系催化剂；特别的，5%CeO2/5%WO3-TiO2（质量比）催化剂200-450oC范围内，NO脱除效率高达100%，N2选择性大于93%，SO2转化率小于1%，抗碱金属中毒能力优于商用的钒钛系催化剂；特别的，10%CeO2-10%WO3/TiO2（质量比）催化剂在250-500oC范围内NO脱除效率高达100%，N2选择性大于95%，SO2转化率小于1%，抗碱金属中毒能力优于商用的钒钛系催化剂。本专利技术的活性组分主要为稀土元素Ce，消除了有毒元素V的使用，对环境友好。该产品可广泛适用于汽车尾气、火电厂、玻璃厂及化工厂等移动源与固定源脱硝领域。附图说明图1为Ce0.2W0.1TiOy催化剂抗H2O与SO2中毒性能测试结果图（以氮氧化物转化率测试结果衡量）。图2为Na对Ce0.2W0.1TiOy及V2O5-WO3/TiO2(VWTi)催化剂性能影响图（以氮氧化物转化率测试结果衡量）。图3为K对Ce0.2W0.1TiOy及VWTi催化剂性能影响图（以氮氧化物转化率测试结果衡量）。具体实施方式实施例1：采用浸渍法合成5%CeO2/5%WO3-TiO2（质量比）催化剂用于烟气SCR脱硝，具体实施步骤如下：称量0.974gCe(CH3COO)3·H2O于200mL烧杯中，加入100mL去离子水与10g5%WO2-TiO2，超声处理1h，磁力搅拌6h，110oC下干燥过夜，500oC下焙烧4h（升温速率为5oC/min）即可得到所需5%CeO2/5%WO3-TiO2催化剂。采用上述方法合成的催化剂用于SCR脱硝性能测试：将0.4g催化剂至于固定床反应器中，反应气体组成为（体积比）500ppmNO，500ppmNH3，5%O2，Ar为载气，空速（GHSV）为20000h-1。气体检测系统为配有气体池的傅里叶变换红外分析仪。5%CeO2/5%WO3-TiO2催化剂脱硝性能测试结果如下：实施例2：采用浸渍法合成10%CeO2-10%WO3/TiO2（质量比）催化剂用于烟气SCR脱硝，具体实施步骤如下：称本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀土基SCR脱硝催化剂，其特征是：所述催化剂的活性组分为二氧化铈，载体为二氧化钛，助剂为过渡金属及稀土金属氧化物；所述催化剂结构式为CeO2‑MOx/TiO2、CeO2/MOx‑TiO2或CeMTiOy，其中：M为Al、Si、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、Sb、La、Pr、Nd、Sm及W中的一种或几种，x的取值范围为1‑3，y的取值范围为2‑5。

【技术特征摘要】
1.一种稀土基SCR脱硝催化剂，其特征是：所述催化剂的活性组分为二氧化铈，载体为二氧化钛，助剂为过渡金属及稀土金属氧化物；所述催化剂结构式为CeO2-MOx/TiO2、CeO2/MOx-TiO2或CeMTiOy，其中：M为Al、Si、Y、Zr、Nb、Mo、Sn、Sb、La、Pr、Nd、Sm及W中的一种或几种，x的取值范围为1-3，y的取值范围为2-5。2.根据权利要求1所述的稀土基SCR脱硝催化剂，其特征是：CeO2-MOx/TiO2或CeO2/MOx-TiO2催化剂中各组分的质量百分含量为：CeO21%-20%、MOx1%-25%，余量为TiO2。3.根据权利要求1所述的稀土基SCR脱硝催化剂，其特征是：CeMTiOy催化剂中CeO2与TiO2的摩尔比为0.05-0.4，MOx与TiO2的摩尔比为0.05-0.3。4.一种根据权利要求1所述的CeO2-MOx/TiO2催化剂的制备方法，其特征是：采用浸渍法合成，制备工艺包括如下步骤：向2-40gTiO2中加入20-400mL去离子水，混合均匀，按比例相应加入0.5-20gCe及0.1-10gM的盐溶液，搅拌1-5h，超声处理1-3h，室温下静置10-30h，80-120oC...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兆强，王艳，马志鸿，
申请(专利权)人：包头稀土研究院，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15