一种以交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛为载体的板式低温催化剂及其制备方法和应用技术

技术编号:15699418 阅读:197 留言:0更新日期:2017-06-25 01:29
本发明专利技术公开了一种以交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛为载体的板式低温催化剂及其制备方法和应用,催化剂以交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛为载体,载体上负载有锰‑铈‑钴活性成分,方法包括:以钛前驱体和碱性溶液为原料,采用控制释放生长法制备二氧化钛,干燥焙烧制得催化剂专用的多孔钛白粉;将锰、铈、钴盐配制成混合溶液,将氨水、去离子水、玻纤与制备好的交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛混合搅拌均匀,加入配制好的混合溶液继续搅拌,直至变成均匀的膏料,将膏料在涂覆线上涂覆成板式催化剂,经煅烧线煅烧成最终成品。本发明专利技术采用制得的二氧化钛晶粒小且具有多孔结构,比表面大;钴的掺杂提高了催化剂的脱硝活性和抗硫中毒性。

Plate type low temperature catalyst with cross-linked nano chain self assembled porous spherical titania as carrier and preparation method and application thereof

The invention discloses a nanometer cross-linked chain self-assembled porous spherical titanium dioxide as carrier plate of low temperature catalyst and a preparation method and application of catalyst with crosslinked nano chain self-assembled porous spherical titanium dioxide as a carrier, the carrier is loaded with manganese cerium cobalt active component method comprises the following steps: using titanium precursor and alkaline solution the growth of raw materials, controlled release preparation of titanium dioxide, drying and baking to prepare porous titanium dioxide special catalyst; manganese, cerium, cobalt salt formulated into a mixed solution, the crosslinked nano chain ammonia, deionized water, glass fiber and prepared self-assembled porous spherical titanium dioxide mixing, adding mixed solution prepared to continue stir until a paste evenly, the paste into the plate type catalyst in the coating coating line, calcined calcined into the final product line. The titanium dioxide prepared by the invention has small grain and porous structure and large specific surface; the cobalt doping improves the denitration activity and the sulfur resistance of the catalyst.

【技术实现步骤摘要】
一种以交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛为载体的板式低温催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于低温催化脱硝
,特别涉及一种以交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛为载体的板式低温催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
目前工业化应用最广泛的SCR烟气脱硝催化剂主要是V2O5/TiO2和V2O5-WO3/TiO2催化剂,具有较高的活性及抗硫性,但活性温度在300-450℃,因此,只能将此SCR反应器布置于省煤器和除尘器之间,而国内现有锅炉中在该位置大多没有预留脱硝空间,给SCR反应器的布置带来很大的困难,同时未经除尘的烟气含有大量飞灰,大大缩短了催化剂寿命。催化剂的费用占整个SCR工艺成本的30%-40%,催化剂的寿命直接决定着SCR系统的运行成本。因此,迫切需要研制开发可布置在除尘或脱硫之后、具有高活性和较强抗毒性的SCR催化剂。低温条件下具有较高活性的SCR催化剂具有重要的经济和实际意义,不仅便于与现有锅炉系统匹配,不对其它相关装置产生大的影响,此外还可避免烟道气的预热耗能,降低脱硝成本。低温SCR脱硝催化剂的研究在我国起步较晚,东南大学、浙江大学、湘潭大学、清华大学等研究团队亦取得了一些成果,但距大规模工业化应用还有很多问题急需解决。首先,因为国内大部分的脱硫系统采用的是湿法FGD脱硫技术,脱硫后的烟气温度均在150℃以下,因此提高催化剂的低温活性尤其是150℃以下的活性显得非常重要。其次,脱硫后的烟气中会残余SO2,而在低温条件下,SO2对催化剂的毒化作用会更加显著,因此改进低温SCR催化剂的抗硫性是十分必要的,也是该工艺实现工业化应用的关键。脱硝催化剂的载体为TiO2,TiO2所占催化剂的比例为80-90%。脱硝催化剂对基材TiO2的性质有特殊的要求。TiO2必须是纳米级的,且具备较高的比表面。目前,国内有60多家企业生产普通钛白粉,但是,只有极少数几个厂家能够生产纳米级大表面钛白粉。现有的的纳米二氧化钛一般为粒子或球形,而多孔纳米二氧化钛结构特别是多孔花状二氧化钛具有丰富的孔道结构,这将增大催化剂的比表面积。目前国内外的低温SCR催化剂的研究主要集中在MnOx催化剂,因为锰氧化物的种类和相对应的Mn元素价态较多,在反应过程中可以相互转化,因而有利于催化还原反应的进行,而且有部分催化剂已显示出了非常好的低温活性。MnOx由于含有大量游离的O,使其在催化过程中能够完成良好的催化循环,因此在低温催化中表现出较好的活性。CeO2可以有效地抑制催化剂活性组分的硫酸化,同时还能降低硫酸盐在催化剂表面的稳定性,从而可以提高催化剂的抗硫性。因此,目前研究主要集中在Mn-Ce/TiO2催化剂。此外,Co、Fe、Cu、Cr等金属元素掺杂对Mn-Ce/TiO2催化剂低温活性和抗毒能力有明显改善。
技术实现思路
本专利技术提供一种以交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛为载体的板式低温催化剂及其制备方法和应用,其中:该二氧化钛具有较大的比表面积,制备方法采用Mn-Ce-Co/TiO2低温催化剂,催化剂具有很强的脱硝性能和抗毒能力;本专利技术解决的现有技术中催化剂在中低温条件下活性较差或者具备一定中低温活性,但选择性和抗硫性较差的缺陷,本专利技术提供一种Mn-Ce-Co/TiO2低温催化剂的制备方法及在烟气脱硝中的应用。可应用于燃煤电厂及工业窑炉等燃烧尾气中氮氧化物的净化。还原剂采用氨气,氨氮摩尔比为1.2,150℃可以将氮氧化物转化为氮气和水,转化率达90%以上,同时具备很高的选择性和抗硫抗水性能,不需要复杂的附属设备和外在条件。为实现上述目的,本专利技术采用的技术方案为:一种以交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛为载体的板式低温催化剂,该催化剂以交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛为载体,载体上负载有锰-铈-钴活性成分,所述锰-铈-钴活性成分为锰盐、铈盐和钴盐以摩尔比为0.1-0.8:0.01-0.1:0.05-0.2配制的混合物。一种以交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛为载体的板式低温催化剂的制备方法,包括以下步骤:步骤(1)载体的制备:以碱性溶液和钛前驱体为原料,去离子水为溶剂,碱性溶液、钛前驱体和去离子水的摩尔比1:0.01-0.05:5-11;先将钛前驱体溶解在去离子水中,室温下形成均一悬浮液,将悬浮液置于三口烧瓶中搅拌加热,温度60-90℃,时间1-6小时,同时将碱性溶液以0.5-1滴/秒的速率滴入悬浮液,待碱性溶液滴完继续反应2小时,反应结束后自然冷却至室温,得产物A;将产物A进行离心、洗涤、烘干;在马弗炉中将产物A以1-10℃/min的升温速率加热至150-650℃,空气气氛煅烧1-5小时,即得最终产物B即为交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛;步骤(2)负载活性组分:将上述制得的产物B取0.5-2mol与玻纤3-10g混合于捏合机中,将载体材料搅拌均匀,并加入氨水2-8g;将锰盐、铈盐和钴盐配制成混合溶液,将锰-铈-钴混合溶液以雾状喷入正在搅拌的载体材料中,随后逐量加入去离子水继续搅拌1-4小时,直至形成混合均匀的膏料;膏料含水量控制在20%-40%;将混合均匀的膏料在涂覆线上进行涂覆,催化剂厚度控制在0.6-0.9mm,将涂覆好的板式催化剂在350℃至650℃进行煅烧2-6小时得最终产品。进一步的,所述步骤(1)中悬浮液置于三口烧瓶中油浴搅拌加热。进一步的,所述步骤(1)中碱性溶液置于分液漏斗中,滴加至悬浮液中。进一步的,所述步骤(2)中锰-铈-钴混合溶液装入喷雾器中并以雾状喷入正在搅拌的载体材料中。进一步的,所述含钛前驱体为氟钛酸铵、钛酸正丁酯、钛醇盐中的一种或几种。进一步的,所述碱性溶液为氨水、尿素水溶液、氢氧化钠溶液中的一种或几种。进一步的,所述锰盐、铈盐和钴盐的摩尔比为0.1-0.8:0.01-0.1:0.05-0.2。进一步的,所述锰盐为乙酸锰、硝酸锰、硫酸锰中的一种或几种;铈盐为硝酸铈、醋酸铈、硫酸铈中的一种或几种;钴盐为硝酸钴、醋酸钴、硫酸钴中的一种或几种。一种交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛为载体的板式低温催化剂的应用,该催化剂用于燃煤电厂与玻璃窑炉的工业窑炉脱硝。与现有技术相比,本专利技术具有以下有益效果:(1)通过控制释放生长工艺所合成的交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛形貌、尺寸、晶相均可控。(2)所合成的交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛为锐钛矿型且无需任何模板。(3)交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛具有丰富的孔洞结构,比表面积大。(4)交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛制备过程简单,成本低。(5)催化剂活性成分为锰、铈和钴的氧化物,制备原料低廉易得,使用条件简单。(6)本专利技术的催化剂在150℃的条件下就可以催化氨选择性还原氮氧化物为无害的氮气和水。转化率可以达到90%以上,选择性达到100%,并且有很好的抗SO2和H2O中毒能力。附图说明图1为本专利技术实施例1中所制备交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛的X射线衍射图;图2为本专利技术实施例1中所制备的Mn-Ce-Co/TiO2和Mn-Ce/TiO2催化剂的活性-温度曲线;图3为本专利技术实施例1中所制备的Mn-Ce-Co/TiO2和Mn-Ce/TiO2催化剂在含硫气氛中的SCR活性。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作更进一步的说明。实施例1将0.03mol的六氟钛酸铵溶解本文档来自技高网
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一种以交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛为载体的板式低温催化剂及其制备方法和应用

【技术保护点】
一种以交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛为载体的板式低温催化剂,其特征在于:该催化剂以交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛为载体,载体上负载有锰‑铈‑钴活性成分,所述锰‑铈‑钴活性成分为锰盐、铈盐和钴盐以摩尔比为0.1‑0.8:0.01‑0.1:0.05‑0.2配制的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种以交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛为载体的板式低温催化剂,其特征在于:该催化剂以交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛为载体,载体上负载有锰-铈-钴活性成分,所述锰-铈-钴活性成分为锰盐、铈盐和钴盐以摩尔比为0.1-0.8:0.01-0.1:0.05-0.2配制的混合物。2.根据权利要求1所述的以交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛为载体的板式低温催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤(1)载体的制备:以碱性溶液和钛前驱体为原料,去离子水为溶剂,碱性溶液、钛前驱体和去离子水的摩尔比1:0.01-0.05:5-11;先将钛前驱体溶解在去离子水中,室温下形成均一悬浮液,将悬浮液置于三口烧瓶中搅拌加热,温度60-90℃,时间1-6小时,同时将碱性溶液以0.5-1滴/秒的速率滴入悬浮液,待碱性溶液滴完继续反应2小时,反应结束后自然冷却至室温,得产物A;将产物A进行离心、洗涤、烘干;在马弗炉中将产物A以1-10℃/min的升温速率加热至150-650℃,空气气氛煅烧1-5小时,即得最终产物B即为交联纳米链自组装多孔球状二氧化钛;步骤(2)负载活性组分:将上述制得的产物B取0.5-2mol与玻纤3-10g混合于捏合机中,将载体材料搅拌均匀,并加入氨水2-8g;将锰盐、铈盐和钴盐配制成混合溶液,将锰-铈-钴混合溶液以雾状喷入正在搅拌的载体材料中,随后逐量加入去离子水继续搅拌1-4小时,直至形成混合均匀的膏料;膏料含水量控制在20%-40%;将混合均匀的膏料在涂覆线上进行涂覆,催化剂厚度控制在0.6-0.9mm,将涂覆好的板式催化剂在350℃至650℃进行煅烧2-6小时得最终产...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈涛
申请(专利权)人:大唐南京环保科技有限责任公司
类型:发明
国别省市:江苏,32

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