一种金属复合氧化物SCR烟气脱硝催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金属复合氧化物SCR烟气脱硝催化剂及其制备方法。该催化剂以环境友好的过渡金属Fe、Mn、Zr为原料，采用简单的共沉淀方法制备，共沉淀剂为氨水，共沉淀方式为顺加，滴加氨水的速率较快，焙烧温度为300～700℃，焙烧气氛为空气。该金属复合氧化物SCR烟气脱硝催化剂实现了在130～400℃范围内、高空速(35000h～1)条件下80％以上，最高可达100％的NH3～SCR脱硝活性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学工程和环境保护领域，具体地说，涉及一种金属复合氧化物SCR烟气脱硝催化剂及其制备方法。
技术介绍
我国能源消耗占世界的8％～9％，但NOx排放量却高达10％，其中燃煤释放的NOx约占到全国NOx排放总量的67％。大量的NOx排放对我国的大气质量和生态环境造成了极为严重的危害。因此，控制NOx的排放已经刻不容缓。在NOx排放控制技术中，NH3选择性催化还原(NH3～SCR)法已广泛用于燃煤电厂等固定源NOx的去除，使用的催化剂主要为钒系催化剂V2O5～WO3/TiO2或V2O5～MoO3/TiO2，其在中高温段(350～400℃)对NOx具有良好的净化效率。由于此类催化剂反应温度较高，选择性催化还原法(SelectiveCatalyticReduction，SCR)装置需布置于省煤器和空气预热器之间，进而出现催化剂易失活，使用寿命不长的问题；同时，流失的钒组分有毒性且易对环境和人体造成严重伤害。由于中低温SCR技术比高温SCR更具有经济优势，所以受到更广泛的关注和研究。随着反应温度的降低，SCR反应器可以布置在除尘器之后，这样不但不影响机组的现有布局，还可以延长催化剂的使用寿命；同时，低温SCR可以有效的减少反应器的体积，节省运行维护的费用等。另外，我国工业窑炉(玻璃窑炉、水泥窑炉等)排放的氮氧化物总量仅次于火电厂，位居第二，而其排烟温度相对较低(大多在150～250℃之间)，使得此类钒系列催化剂不适用工业窑炉的烟气脱硝。因此，中低温SCR技术对我国不同烟气的NOx防治具有重要的现实应用意义。公开号为CN105214650A的专利文献公开了一种含锆锰氧化物的低温SCR脱硝催化剂及其制备方法，该催化剂由下述原料制备而成：凹凸棒土、盐酸、一水柠檬酸、50％硝酸锰溶液、五水硝酸锆、冰醋酸。该催化剂在45000h～1空速、100～200℃范围内的NO去除效率达到90％以上，最高达98％。可用于催化燃煤电厂烟道气中氮氧化物的转化，生产成本低，操作简单，效果高，具有较大的应用价值和市场前景。公开号为CN102019187A的专利文献公开了一种低温烟气SCR脱硝催化剂，由载体和负载于载体上的活性组分组成，载体为负载有TiO2～SiO2涂层的堇青石蜂窝陶瓷，所述TiO2～SiO2涂层中Ti、Si的物质的量之比为1：0.1～2.0；活性组分是由Mn、Fe、Ce、Zr、W组成的氧化物。通过原位沉淀方法，形成均匀和牢固的TiO2～SiO2涂层，并且得到的涂层具有高的比表面积，合适的酸强度，可以有效地起到助催化作用；活性组分也通过原位共沉淀法制备。结果表明，最高的NO去除效率可达97％。无论从经济角度还是技术方面，低温SCR技术都具有一定的优越性和适用性。低温SCR技术的关键是高效的低温SCR催化剂，目前已研发的低温SCR催化剂多为采用柠檬酸法、共沉淀法、溶胶～凝胶法、浸渍法制备的复合氧化物。但是，溶胶～凝胶法使用的原料多为昂贵的有机物且操作周期长；浸渍法不好控制活性组分的分散性或负载量，同时存在活性组分易脱落等问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对上述的问题，提供了一种金属复合氧化物SCR烟气脱硝催化剂及其制备方法，该催化剂以环境友好的过渡金属铁、锰、锆为原料，采用共沉淀方法，通过调变氧化物配比、焙烧温度，实现了在130～400℃、高空速(35000h～1)条件下达到80％以上，最高可达100％的NH3～SCR脱硝活性。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种金属复合氧化物SCR烟气脱硝催化剂的制备方法，使用九水硝酸铁为铁源，硝酸锰为锰源，碳酸氧为锆源，以氨水为沉淀剂，采用顺加共沉淀法，在300～700℃下焙烧，最后通过压片、筛分，获得颗粒粒径介于20～40目的铁锰锆烟气脱硝催化剂。进一步地，该方法包括以下步骤：1)按照Fe、Mn、Zr的摩尔比为1～7:1～7:1～6称量铁源、锰源和锆源，分别将铁源溶于水，锰源溶于水，锆源溶于硝酸，分别配置成溶液；将配置好的三种溶液定容后，混合并匀速搅拌，形成均匀的前驱体混合溶液；2)将共沉淀剂以一定速率快速加入到混合溶液中，调节pH至9，停止加入氨水；水浴搅拌后，静置；抽滤，水洗滤饼至洗出液为中性；在铁盘中炒干，然后置于烘箱中烘干处理，烘干后在马弗炉中于空气气氛下进行焙烧；得到铁锰锆复合氧化物催化剂粉末；3)将得到的铁锰锆复合氧化物催化剂粉末取出，用粉末压片机压成型，最后再筛分得到颗粒，即为所需的金属复合氧化物SCR烟气脱硝催化剂。进一步地，在步骤3)之后，将催化剂根据实际需要进行挤压成型，制备成柱状或蜂窝状催化剂。进一步地，所述铁源为九水硝酸铁，锰源为质量百分含量为50％的硝酸锰，锆源为碳酸氧锆。进一步地，所述共沉淀剂为质量百分含量为25％的氨水沉淀剂。进一步地，步骤1)中的搅拌时间为0.15h～0.3h。进一步地，步骤2)中的共沉淀剂加入到前驱体混合液中的滴速为200滴/min。进一步地，步骤2)中的水浴搅拌时间为1.5h～3.0h；水浴搅拌温度为65℃～75℃；静置时间为18h～28h；步骤2)中的在铁盘中炒干的温度为65℃～75℃；烘干处理时间为8.0h～12h；烘干处理温度为100℃～110℃；焙烧温度为300～700℃；焙烧时间为2.0h～3.0h。进一步地，步骤3)中的压力为6MPa；筛分至20～40目颗粒。本专利技术还公开了一种由上述的制备方法制备得到的金属复合氧化物SCR烟气脱硝催化剂。与现有技术相比，本专利技术可以获得包括以下技术效果：1)本专利技术所用的原料价格低廉，制备工艺简单，方便操作，且对环境和人体无毒害作用；2)本专利技术探究了不同的焙烧温度对复合氧化物烟气脱硝催化剂SCR活性的影响，制备出具有良好中低温SCR催化活性的烟气脱硝催化剂；此外，还探究了不同Fe、Mn、Zr比例对复合氧化物烟气脱硝催化剂SCR活性的影响。3)本专利技术催化剂的比表面积较大，有利于选择性催化还原反应的进行，克服了一般共沉淀方法制备的催化剂比表面积过小的缺点。4)本专利技术复合氧化物烟气脱硝催化剂的催化活性如下：a)Fe：Mn：Zr比例不同时，Fe：Mn：Zr最佳比例为4:5:1，其在135℃时达到80％以上的NO去除率；200℃时NO去除率达到100％。b)焙烧温度不同时，催化活性Fe0.3Mn0.5Zr0.2～600＞Fe0.3Mn0.5Zr0.2～400＞Fe0.3Mn0.5Zr0.2～500＞Fe0.3Mn0.5Zr0.2～700＞Fe0.3Mn0.5Zr0.2～300；在600℃焙烧时，140℃～400℃温度范围内，NO去除率达到95％以上。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术实施例1～5的NO去除率与温度的关系图；图2是本专利技术实施例6～9的NO去除率与温度的关系图。具体实施方式以下将配合实施例来详细说明本专利技术的实施方式，藉此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。本专利技术的思路是：针对现在广泛应用的中高温钒基SCR催化剂具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属复合氧化物SCR烟气脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，使用铁源溶液、锰源溶液和锆源为前驱体，以氨水为沉淀剂，采用顺加共沉淀法，在300～700℃下焙烧，最后通过压片、筛分，获得粒径介于20～40目的铁锰锆烟气脱硝催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种金属复合氧化物SCR烟气脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，使用铁源溶液、锰源溶液和锆源为前驱体，以氨水为沉淀剂，采用顺加共沉淀法，在300～700℃下焙烧，最后通过压片、筛分，获得粒径介于20～40目的铁锰锆烟气脱硝催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按照Fe、Mn、Zr的摩尔比为1～7:1～7:1～6称量铁源、锰源和锆源，分别将铁源溶于水，锰源溶于水，锆源溶于硝酸，分别配置成溶液；将配置好的三种溶液定容后，混合并匀速搅拌，形成均匀的前驱体混合溶液；2)将共沉淀剂以一定速率快速加入到混合溶液中，调节pH至9，停止加入氨水；水浴搅拌后，静置；抽滤，水洗滤饼至洗出液为中性；在铁盘中炒干，然后置于烘箱中烘干处理，烘干后在马弗炉中于空气气氛下进行焙烧；得到铁锰锆复合氧化物催化剂粉末；3)将得到的铁锰锆复合氧化物催化剂粉末取出，用粉末压片机压成型，最后再筛分得到颗粒，即为所需的金属复合氧化物SCR烟气脱硝催化剂。3.根据权利要求2所述的金属复合氧化物SCR烟气脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，进一步地，在步骤3)之后，将催化剂根据实际需要进行挤压成型，制备成柱状或蜂窝状催化剂。4.根据权利要求2所述的金属复合氧化物SCR烟气脱硝催化剂的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭家秀，方宁杰，楚英豪，尹华强，李建军，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51