一种生物质炭脱硝催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种生物质炭脱硝催化剂及其制备方法和应用。该生物质炭脱硝催化剂：生物质炭和钾元素，其中生物质炭的含量为催化剂总质量的92.0‑98.5％；钾元素的含量为催化剂总质量的1.5‑8.0％。其制备方法为：将生物质原料破碎研磨制成20‑40目的生物质粉末，在氮气气氛下，加热至700‑900℃，保持3‑5小时，得到生物质炭；将得到的生物质炭研磨至100‑200目，在硝酸溶液中浸泡1‑3小时后，于180℃干燥6‑8小时，得到改性生物质炭；称取乙酸钾颗粒制备乙酸钾溶液；将改性生物质炭浸渍于乙酸钾溶液中，在室温条件下搅拌3‑7小时，经干燥后在氮气气氛下500‑600℃煅烧3‑4小时，得到生物质炭脱硝催化剂。该催化剂成本低廉，在300‑400℃温度区间，脱硝率能够达到80‑88％，而炭消耗仅为4‑8％。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质炭脱硝催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种生物质炭脱硝催化剂及其制备方法和应用，属于大气污染治理

技术介绍
氮氧化物(NOx)是大气的主要污染物，它不仅会引起酸雨、光化学烟雾等破坏地球生态环境的一系列问题，而且还严重危害人体健康。因此，如何有效地消除NOx已成为目前环保领域中的一个重要课题。还原法脱除NOx是目前主要采用的一种烟气脱硝方法，可以采用的还原剂有氨、一氧化碳和氢气等。其中，氨法选择性催化还原技术(SCR)由于成熟和高效已成为火力发电厂等固定源主流的脱硝技术。然而，该类技术普遍存在因还原剂的泄露或“逃逸”等引起的一系列环境问题。炭还原脱硝技术是利用炭作为还原剂，直接还原烟气中的NOx。该技术通常采用煤焦作为还原剂，成本低廉，不需要额外添加还原剂，且所需装置结构简单，是一种极具有潜力的烟气脱硝技术。一般地，烟道气中一般含3-8％氧气，在炭还原NOx的同时，炭与氧气也会发生化学反应，此时炭被大量消耗。因此如何提高炭材料在贫燃环境中还原NOx的选择性是该技术能否广泛应用的关键。另一方面，生物质作为一种具有低硫低氮、高灰焦活性的可再生资源，近年来得到了世界各国的普遍关注，对其燃烧、热解及炭化等特性的研究也成为当前能源与环境领域的热点问题。我国是一个生物质资源非常丰富的国家，但大部分生物质都没有被有效利用，造成了严重的资源浪费。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种生物质炭脱硝催化剂，该催化剂成本低廉，且来源丰富、工业化应用安全性高。本专利技术的另一目的在于提供所述生物质炭脱硝催化剂的制备方法，制备过程环境友好。本专利技术的又一目的在于提供所述生物质炭脱硝催化剂的应用。本专利技术的生物质炭脱硝催化剂中生物质炭既是催化剂载体，又是还原剂，负载的活性组份为碱金属钾，能够在贫燃环境中获得较高的氮氧化物还原率和较低的炭消耗率。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种生物质炭脱硝催化剂，该催化剂包括组分：生物质炭和钾元素。其中，生物质炭的含量为催化剂总质量的92.0-98.5％；钾元素的含量为催化剂总质量的1.5-8.0％。一种所述生物质炭脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)生物质炭的制备将生物质原料破碎研磨制成20-40目的生物质粉末，然后，将生物质粉末加入到炭化炉中，氮气气氛下，加热至700-900℃，保持3-5小时，得到生物质炭；(2)生物质炭的改性将步骤(1)得到的生物质炭研磨至100-200目，在质量百分浓度为10-40％的硝酸溶液中浸泡1-3小时后，于180℃干燥6-8小时，得到改性生物质炭；(3)乙酸钾溶液的制备根据生物质炭脱硝催化剂中钾元素的含量，称取乙酸钾颗粒，然后，向所称取的乙酸钾颗粒中加入去离子水，得到乙酸钾溶液；(4)生物质炭脱硝催化剂的制备将步骤(2)得到的改性生物质炭浸渍于步骤(3)得到的乙酸钾溶液中，在室温条件下搅拌3-7小时，经干燥后在氮气气氛下500-600℃煅烧3-4小时，得到生物质炭脱硝催化剂。其中，所述生物质原料为木质纤维素类生物质中的一种或几种按任意比率混合构成的混合物。在所述步骤(3)中，去离子水的加入量以制成的乙酸钾溶液能被步骤(4)所加入的改性生物质炭完全吸收为准。一种所述生物质炭脱硝催化剂的应用，用于烟气的脱硝反应，其中生物质炭既是催化剂载体，又是还原剂；脱硝反应的温度为300-400℃。本专利技术的生物质炭脱硝催化剂之所以能够利用炭在贫燃环境中获得较高的氮氧化物还原率和较低的炭消耗率，是因为：在C-NO反应过程中，烟气中的NO首先选择性地吸附在生物质炭表面高度分散的金属钾表面，在金属钾被吸附的NO氧化的同时，生物质炭又将氧化态钾还原为金属钾，完成一个氧化还原过程。此时，NO分子中的O元素传递到炭表面，生成了二氧化碳，而NO分子中的N元素转化为了氮气，从而实现了生物质炭脱硝催化剂的高选择性还原脱硝。具体反应式如下：本专利技术的优点在于：(1)本专利技术的生物质炭脱硝催化剂利用生物质炭负载金属元素钾在贫燃环境中具有良好的脱硝性能，另外，与大多数煤焦还原脱硝技术相比，生物质炭脱硝催化剂在保持较高脱硝活性的前提下，炭消耗率非常低；在300-400℃温度区间，脱硝率能够达到80-88％，而炭消耗仅为4-8％。(2)本专利技术的生物质炭脱硝催化剂直接利用炭还原烟气中的NOx，无需额外还原剂(如氨、一氧化碳和氢气等)，因此可避免因还原剂逃逸所引起的设备腐蚀堵塞及二次污染等问题。(3)构成本专利技术的生物质炭脱硝催化剂的主体成分为纤维素类生物质原料，这不仅为生物质的高效利用开辟了一个新的方向，而且也减少了生物质资源浪费。(4)本专利技术所提供生物质炭脱硝催化剂的制备工艺环境友好，原料丰富易得。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。实施例1以木屑为原料的生物质炭脱硝催化剂制备及其脱硝性能。本实施例催化剂的制备步骤：(1)生物质炭的制备首先，将木屑破碎研磨制成20-40目的粉末，然后，将木屑粉末加入到炭化炉中，氮气气氛下，加热至750℃，保持5小时，得到木屑炭。(2)生物质炭的改性将步骤(1)得到的木屑炭研磨至100-200目，在质量百分浓度为30％的硝酸溶液中浸泡2小时后，于180℃干燥6小时，得到改性木屑炭。(3)乙酸钾溶液的制备根据木屑炭脱硝催化剂中钾元素的含量，称取乙酸钾颗粒，然后，向所称取的乙酸钾颗粒中加入去离子水，该去离子水的加入量以制成的乙酸钾溶液能被步骤(4)所加入的木屑炭完全吸收为准，制成乙酸钾溶液。(4)生物质炭脱硝催化剂的制备将步骤(2)得到的改性木屑炭浸渍于步骤(3)得到的乙酸钾溶液中，在室温条件下搅拌5小时，经干燥后在氮气气氛下500℃煅烧4小时，得到钾含量为1.5％，木屑炭含量为98.5％的生物质炭脱硝催化剂。本实施例的脱硝效果：(1)配制模拟烟气，模拟烟气中各组分的含量为NO＝800ppm，O2＝6％，N2为载气。(2)将本实施例所制备的催化剂装入管式炉的石英管中，并将管式炉升温到设定温度后，将模拟烟气以500mL/min的流速充入石英管。(3)采用GASMET便携式傅里叶红外分析仪分析经催化剂处理后的尾气成分。在300℃、350℃和400℃三个温度条件下，生物质炭脱硝催化剂的脱硝效率和炭消耗率见表1。实施例2以木屑为原料的生物质炭脱硝催化剂制备及其脱硝性能。本实施例催化剂的制备步骤：(1)生物质炭的制备首先，将木屑破碎研磨制成20-40目的粉末，然后，将木屑粉末加入到炭化炉中，氮气气氛下，加热至900℃，保持3小时，得到木屑炭。(2)生物质炭的改性将步骤(1)得到的木屑炭研磨至100-200目，在质量百分浓度为30％的硝酸溶液中浸泡2小时后，于180℃干燥6小时，得到改性木屑炭。(3)乙酸钾溶液的制备根据木屑炭脱硝催化剂中钾元素的含量，称取乙酸钾颗粒，然后，向所称取的乙酸钾颗粒中加入去离子水，该去离子水的加入量以制成的乙酸钾溶液能被步骤(4)所加入的木屑炭完全吸收为准，制成乙酸钾溶液。(4)生物质炭脱硝催化剂的制备将步骤(2)得到的改性木屑炭浸渍于步骤(3)得到的乙酸钾溶液中，在室温条件下搅拌5小时，经干燥后在氮气气氛下500℃煅烧4小时，得到钾含量为1.5％，木屑炭含量为98.5％的生物质炭脱硝催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物质炭脱硝催化剂，其特征在于，该催化剂包括组分：生物质炭和钾元素。

【技术特征摘要】
1.一种生物质炭脱硝催化剂，其特征在于，该催化剂包括组分：生物质炭和钾元素。2.根据权利要求1所述的生物质炭脱硝催化剂，其特征在于，生物质炭的含量为催化剂总质量的92.0-98.5％；钾元素的含量为催化剂总质量的1.5-8.0％。3.一种权利要求1或2所述的生物质炭脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)生物质炭的制备将生物质原料破碎研磨制成20-40目的生物质粉末，然后，将生物质粉末加入到炭化炉中，氮气气氛下，加热至700-900℃，保持3-5小时，得到生物质炭；(2)生物质炭的改性将步骤(1)得到的生物质炭研磨至100-200目，在质量百分浓度为10-40％的硝酸溶液中浸泡1-3小时后，于180℃干燥6-8小时，得到改性生物质炭；(3)乙酸钾溶液的制备根据生物质炭脱硝催化剂中钾元素的含量，称取乙酸钾颗粒，然后，向...

【专利技术属性】
技术研发人员：束韫，田刚，张凡，邓双，刘宇，张辰，崔宇韬，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11