一种复合氧化物SCR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复合氧化物SCR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锆、锰、钛为原料，采用简单的共沉淀方法制备载体，共沉淀剂为氨水，活性组分为硝酸锰，负载方式为等体积浸渍，负载量为5wt％，焙烧温度为400‑700℃，焙烧气氛为空气。该复合氧化物SCR脱硝催化剂实现了在140‑360℃范围内、高空速(30000h‑1)条件下80％以上的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，涉及一种复合氧化物SCR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％左右，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的消除，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。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CN105498755A的专利文献公开了一种SCR脱硝催化剂及其制备方法，该催化剂具有蛇纹石-介孔二氧化钛-镍钒复合氧化物的层状结构，其中蛇纹石、介孔二氧化钛、镍钒复合氧化物的质量比为(25～45):(30～70):(0.5～2.0)，其中镍钒复合氧化物为活性组分偏矾酸镍(Ni2V2O7)，蛇纹石为颗粒，在蛇纹石颗粒外层包覆介孔TiO2涂层，再在涂层表面涂覆活性组分偏矾酸镍形成复合氧化物的活性层。目前，工业上广泛用于固定源脱硝的NH3-SCR催化剂为钒系催化剂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，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。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。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；共沉淀方法工艺简单、煅烧温度低、合成周期短、制备的催化剂成分均一，性能良好。因此，共沉淀法受到广泛关注和研究。
技术实现思路
针对现有技术的SCR脱硝催化剂技术的现状与不足，本专利技术的目的旨在提供提供了一种新的复合氧化物SCR脱硝催化剂及其制备方法，以实现脱硝催化剂在140-360℃、高空速(30000h-1)条件下达到80％以上的NH3-SCR脱硝活性。本专利技术提供的复合氧化物SCR烟气脱硝催化剂，是以碳酸氧锆和硫酸氧钛共沉淀物为载体，以过渡金属Mn为活性组分，活性组分负载于载体上的负载量为催化剂总重量的3～9wt％。所述脱硝催化剂进一步的技术方案，载体中锆和钛的重量比优先控制在(1:9)～(9:1)的范围；进一步地，优先控制在(5:5)～(7:3)的范围。本专利技术提供的复合金属氧化物SCR脱硝催化剂可通过包括以下工艺步骤的制备方法来制取：(1)按锆、钛配方比例量称取钛源和锆源，将钛源溶于水，锆源溶于硝酸，两溶液定容后，在匀速搅拌条件下将锆溶液滴入钛溶液配制成均匀的前驱体混合液；(2)将前驱体混合液加入氨水将pH调节至8.8～9.2，于58～62℃水浴搅拌下进行共沉淀反应，共沉淀反应物为锆钛共混物，充分共沉淀反应后至少静置12小时，经抽滤，滤饼水洗至洗涤液呈中性，得到白色的锆钛混合物初产物，蒸干液相，然后在100～120℃下烘干，在空气气氛下于400～800℃充分焙烧，得到锆钛催化剂载体；(3)将配方量的活性组分Mn的硝酸锰溶液加入到步骤(2)制取的锆钛催化剂载体中，研磨混合后蒸干液相，使Mn浸渍在锆钛催化剂载体上；(4)将浸渍了Mn的锆钛催化剂载体置于焙烧设备中，在空气氛围下于400～800℃进行充分焙烧，即得到了复合金属氧化物SCR脱硝催化剂。所述制备方法的进一步技术方案，前驱体混合液加入氨水搅拌共沉淀反应的时间优先控制为不少于2h。进一步地，经抽滤水洗至洗涤液呈中性的白色锆钛混合物初产物烘干后置于焙烧设备中，在空气气氛下于400℃～500℃条件下进行焙烧。进一步地，浸渍了Mn的锆钛催化剂载体置于焙烧设备中，优先选择在空气氛围下于400℃～700℃进行充分焙烧。进一步地，所述硝酸锰溶液的用量为硝酸锰溶液中Mn元素的含量不低于锆钛催化剂载体负载的Mn元素量。进一步地，经抽滤水洗至洗涤液呈中性的白色锆钛混合物初产物，采取水浴蒸干的方式蒸干液相。进一步地，硝酸锰溶液以滴加研磨的方式加入到锆钛催化剂载体中进行混合，充分混合后蒸干液相，在100～120℃条件下烘干除去结晶水。本专利技术提供的SCR脱硝催化剂是一种新的复合氧化物SCR脱硝催化剂，是以环境友好的过渡金属锆、钛、锰为原料，采用特定工艺条件共沉淀，即通过将前驱体混合液加入氨水将pH调节至约9，于60℃左右水浴温度搅拌进行共沉淀，沉淀物再于特定的温度下焙烧制备得到，所制备的复合氧化物SCR烟气脱硝催化剂，实现了在140-360℃、高空速(30000h-1)条件下达到80％以上的NH3-SCR脱硝活性。与现有技术相比，本专利技术可以获得包括但不限于以下技术优势：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沉淀方式对催化剂SCR活性的影响，制备出具有良好中低温催化活性的催化剂；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)本专利技术催化剂的催化活性如下：a)载体比例不同，相对而言，最佳比例为Zr：Ti＝6:4，其在180℃时达到100的NO去除率；整体来说，ZrTiMnO-400-6＞ZrTiMnO-400-1＞ZrTiMnO-400-5＞ZrTiMnO-400-4＞ZrTiMnO-400-9；b)焙烧温度与活性组分含量不同时，催化活性ZrTiO-400-Mn5＞ZrTiO-500-Mn7＞ZrTiO-600-Mn9＞ZrTiO-700-Mn3；c)不同的共沉淀方式制得的催化剂比表面积都比较大，粒径均较小，促进了其SCR活性。当然，实施本专利技术的任一产品不必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是用于方便人们对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分。图1是本专利技术实施例中的NO去除率与温度的关系图；图2是本专利技术实施例中的NO去除率与温度的关系图.具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行具体的描述，但有必要在此指出的是，实施例只用于对本专利技术进行进一步的说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本专利技术的内容作出一些非本质的改进和调整进行具体实施是不需付出创造性劳动的，应仍属于本专利技术的保护范围。实施例1催化剂载体的制备：采用共沉淀法，以碳酸氧锆作为锆源，硫酸氧钛作为钛源，按Zr：Ti的摩尔比为1:9，分别称取ZrOCO3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合氧化物SCR烟气脱硝催化剂，其特征在于，以碳酸氧锆和硫酸氧钛共沉淀物为载体，以过渡金属Mn为活性组分，活性组分负载于载体上的负载量为催化剂总重量的3～9wt％。

【技术特征摘要】
1.一种复合氧化物SCR烟气脱硝催化剂，其特征在于，以碳酸氧锆和硫酸氧钛共沉淀物为载体，以过渡金属Mn为活性组分，活性组分负载于载体上的负载量为催化剂总重量的3～9wt％。2.根据权利要求1所述的复合金属氧化物SCR脱硝催化剂，其特征在于，载体中锆和钛的重量比为(1:9)～(9:1)。3.根据权利要求2所述的复合金属氧化物SCR脱硝催化剂，其特征在于，载体中锆和钛的重量比为(5:5)～(7:3)。4.根据权利要求1或2或3所述复合金属氧化物SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，主要包括以下工艺步骤：(1)按锆、钛配方比例量称取钛源和锆源，将钛源溶于水，锆源溶于硝酸，两溶液定容后，在匀速搅拌条件下将锆溶液滴加入钛溶液配制成均匀的前驱体混合液；(2)将前驱体混合液加入氨水将pH调节至8.8～9.2，于58～62℃水浴搅拌下进行共沉淀反应，共沉淀反应物为锆钛共混物，充分共沉淀反应后至少静置12小时，经抽滤，滤饼水洗至洗涤液呈中性，得到白色的锆钛混合物初产物，蒸干液相，然后在100～120℃下烘干，在空气气氛下于400～800℃充分焙烧，得到锆钛催化剂载体；(3)将配方量的活性组分Mn的硝酸锰溶液加入到步骤(2)制取的锆钛催化剂载体中，经研磨混合后蒸干液相，使Mn浸渍在锆钛催化剂载体上；(4)将浸渍了Mn的锆钛催化剂载...

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