一种耐氯耐硫中毒的核壳结构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耐氯耐硫中毒的核壳结构脱硝催化剂及其制备方法。该催化剂具有如下通式：Fe

Core shell structure denitration catalyst for resisting chlorine and sulfur poisoning and preparation method thereof

The invention discloses a core shell structure denitration catalyst for resisting chlorine and sulfur poisoning and a preparation method thereof. The catalyst has the following general formula: Fe

【技术实现步骤摘要】
一种耐氯耐硫中毒的核壳结构脱硝催化剂及其制备方法
本专利技术属于涉及一种催化剂及其制备方法，尤其涉及一种脱硝催化剂及其制备方法。
技术介绍
NOx(氮氧化物)是我国主要的大气污染物之一。随着我国经济的飞速发展，以煤为主的能源消费增长和机动车保有量的迅猛增加，大量化石燃料消耗致使排放到大气中的NOx排放量迅速增加。它们不仅造成酸雨、光化学烟雾等环境问题，而且对人体健康又极大危害。因此，如何有效地控制氮氧化物排放已成为我国国民经济发展中一个十分重要的课题。目前，氨气选择性催化还原技术(NH3-SCR)是工业应用最广泛的脱硝技术，该技术在燃煤电厂和机动车尾气处理有很长时间的应用历史，而其核心问题是催化剂的研制。工业化应用的NH3-SCR催化剂一般是以TiO2为载体，V2O5为活性组分，再负载上一定量的WO3或MoO3等助剂，其适用温度范围为300-400℃。但是，这类催化剂在实际使用中仍存在一些问题：首先，活性组分V2O5的前驱体毒性非常大，容易对人体和生态环境产生污染；其次，该催化剂体系适用温度范围较窄，对烟气排放温度较低(<250℃)的工业锅炉/炉窑难以应用；第三，烟气中较高含量的飞灰和二氧化硫对催化剂活性和寿命影响很大。此外，由于该体系催化剂产品的核心长期掌握在国外公司手中，催化剂的成本很高。虽然国内已经有少数厂家可以生产这类传统的催化剂，但是其性能和寿命与国外产品相比还有不少差距。因此，开发新型无钒、适用温度范围更宽的环境友好型SCR催化剂成为发展我国脱硝产业的迫切需求。目前，利用过渡金属和稀土金属氧化物开发适用温度范围较宽的高效脱硝催化剂是脱硝研究的一个热点课题。已有文献报道掺杂不同元素的氧化铁具有较好的NH3-SCR反应活性，但其抗硫性能和抗氯化氢中毒性能较差，还未见具有抗酸性气体(HCl，SO2)中毒性能优异的氧化铁催化剂的报道。铁在地球上储量十分丰富，价格低廉，如果能开发出具有高效抗中毒性能的铁基新型NH3-SCR催化剂，必将大大降低脱硝催化剂的生产成本，推动工业烟气治理的加速实施。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种耐氯耐硫中毒的核壳结构脱硝催化剂及其制备方法，该脱硝催化剂不但在250℃以上的较宽温度范围内具有高效催化净化NOx的性能，还具有良好的耐高空速和抗酸性气体中毒性能，能够适应更严格的排放法规要求，达到降低成本和提高使用安全性的目的。本专利技术提供的一种脱硝催化剂，其特征在于：所述催化剂具有如下通式：FeaSibTicOx，其中，a、b、c和x分别表示Fe、Si、Ti和O的原子数，a：b：c＝(70～95)：(3～20)：(2～10)，x由各金属元素的化合价确定。所述催化剂具体可为下述1)-6)中的任一种：1)所述催化剂具有如下通式：FeaSibTicOx，其中，a、b、c和x分别表示Fe、Si、Ti和O的原子数，a：b：c＝(70～90)：(7～20)：(3～10)，x由各金属元素的化合价确定；2)所述催化剂具有如下通式：FeaSibTicOx，其中，a、b、c和x分别表示Fe、Si、Ti和O的原子数，a：b：c＝(80～95)：(3～15)：(2～5)，x由各金属元素的化合价确定；3)所述催化剂具有如下通式：FeaSibTicOx，其中，a、b、c和x分别表示Fe、Si、Ti和O的原子数，a：b：c＝90：7：3，x由各金属元素的化合价确定；4)所述催化剂具有如下通式：FeaSibTicOx，其中，a、b、c和x分别表示Fe、Si、Ti和O的原子数，a：b：c＝95：3：2，x由各金属元素的化合价确定；5)所述催化剂具有如下通式：FeaSibTicOx，其中，a、b、c和x分别表示Fe、Si、Ti和O的原子数，a：b：c＝80：15：5，x由各金属元素的化合价确定；6)所述催化剂具有如下通式：FeaSibTicOx，其中，a、b、c和x分别表示Fe、Si、Ti和O的原子数，a：b：c＝70：20：10，x由各金属元素的化合价确定。上述脱硝催化剂中，所述催化剂的通式中，x由a、b、c的取值以及各金属元素所取的价态，由化学平衡决定。x和a、b、c的关系式具体可如下：x＝3/2a+2b+2c。上述的脱硝催化剂中，以所述催化剂的摩尔百分含量为100％计，制备所述催化剂的各金属盐的含量可如下：摩尔百分含量为50～75％的铁盐，摩尔百分含量为2～8％的硅源Ⅰ，摩尔百分含量的2～8％的钛源，余量为硅源Ⅱ；所述硅源Ⅰ为硅酸四乙酯、四乙基硅烷或四甲基硅烷；所述硅源Ⅱ为十六烷基三甲基硅烷或十六烷基三氯硅烷。以所述催化剂的摩尔百分含量为100％计，制备所述催化剂的各金属盐的含量具体可为下述1)-7)中的任一种：1)摩尔百分含量为50～75％的铁盐，摩尔百分含量为5～8％的硅源Ⅰ，摩尔百分含量为3～8％的钛源，余量为硅源Ⅱ；2)摩尔百分含量为50～68％的铁盐，摩尔百分含量为8％的硅源Ⅰ，摩尔百分含量为4～8％的钛源，余量为硅源Ⅱ；3)摩尔百分含量为55～75％的铁盐，摩尔百分含量为5～8％的硅源Ⅰ，摩尔百分含量为3～8％的钛源，余量为硅源Ⅱ；4)摩尔百分含量为68％的铁盐，摩尔百分含量为8％的硅源Ⅰ，摩尔百分含量为4％的钛源，余量为硅源Ⅱ；5)摩尔百分含量为75％的铁盐，摩尔百分含量为5％的硅源Ⅰ，摩尔百分含量为3％的钛源，余量为硅源Ⅱ；6)摩尔百分含量为55％的铁盐，摩尔百分含量为8％的硅源Ⅰ，摩尔百分含量为8％的钛源，余量为硅源Ⅱ；7)摩尔百分含量为50％的铁盐，摩尔百分含量为8％的硅源Ⅰ，摩尔百分含量为8％的钛源，余量为硅源Ⅱ；1)-7)中，所述硅源Ⅰ为硅酸四乙酯、四乙基硅烷或四甲基硅烷；所述硅源Ⅱ为十六烷基三甲基硅烷或十六烷基三氯硅烷。上述的脱硝催化剂中，所述铁盐可为三氯化铁或硝酸铁；所述钛源可为钛酸四丁酯或钛酸异丙酯。上述的脱硝催化剂中，所述催化剂为以三氧化二铁为核，以硅钛氧化物为壳的核壳结构，简写为Fe2O3@m-SiTi(c)。所述催化剂的粒径可为50～500nm，具体可为300nm；其中，壳层厚度可为10～100nm，具体可为30nm。本专利技术进一步提供了一种上述的脱硝催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)采用铁盐通过水热法制备纳米四氧化三铁粒子；(2)在所述纳米四氧化三铁粒子中加入乙醇和氨水，得到混合液A；(3)在所述混合液A中滴加混合液B，得混合液C；所述混合液B为含有硅源Ⅰ、钛源和硅源Ⅱ的乙醇溶液；所述硅源Ⅰ为硅酸四乙酯、四乙基硅烷或四甲基硅烷；所述硅源Ⅱ为十六烷基三甲基硅烷或十六烷基三氯硅烷；(4)将所述混合液C依次进行干燥和焙烧，即可得到所述脱硝催化剂。上述的制备方法中，以所述催化剂的摩尔百分含量为100％计，制备所述催化剂的各金属盐的含量可如下：摩尔百分含量为50～75％的铁盐，摩尔百分含量为2～8％的硅源Ⅰ，摩尔百分含量的2～8％的钛源，余量为硅源Ⅱ；所述硅源Ⅰ为硅酸四乙酯、四乙基硅烷或四甲基硅烷；所述硅源Ⅱ为十六烷基三甲基硅烷或十六烷基三氯硅烷。以所述催化剂的摩尔百分含量为100％计，制备所述催化剂的各金属盐的含量具体可为下述1)-7)中的任一种：1)摩尔百分含量为50～75％的铁盐，摩尔百分含量为5～8％的硅源Ⅰ，摩尔百分含量为3～8％的钛源，余量为硅源Ⅱ；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脱硝催化剂，其特征在于：所述催化剂具有如下通式：Fe

【技术特征摘要】
1.一种脱硝催化剂，其特征在于：所述催化剂具有如下通式：FeaSibTicOx，其中，a、b、c和x分别表示Fe、Si、Ti和O的原子数，a：b：c＝(70～95)：(3～20)：(2～10)，x由各金属元素的化合价确定。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：以所述催化剂的摩尔百分含量为100％计，制备所述催化剂的各金属盐的含量如下：摩尔百分含量为50～75％的铁盐，摩尔百分含量为2～8％的硅源Ⅰ，摩尔百分含量的2～8％的钛源，余量为硅源Ⅱ；所述硅源Ⅰ为硅酸四乙酯、四乙基硅烷或四甲基硅烷；所述硅源Ⅱ为十六烷基三甲基硅烷或十六烷基三氯硅烷。3.根据权利要求2所述的脱硝催化剂，其特征在于：所述铁盐为三氯化铁或硝酸铁；所述钛源为钛酸四丁酯或钛酸异丙酯。4.根据权利要求1-3中任一项所述的脱硝催化剂，其特征在于：所述催化剂为以三氧化二铁为核，以硅钛氧化物为壳层的核壳结构；和/或，所述催化剂的粒径为50～500nm，其中，所述壳层的厚度为10～100nm。5.权利要求1-4中任一项所述的脱硝催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)采用铁盐通过水热法制备纳米四氧化三铁粒子；(2)在所述纳米四氧化三铁粒子中加入乙醇和氨水，得到混合液A；(3)在所述混合液A中滴加混合液B，得混合液C；所述混合液B为含有硅源Ⅰ、钛源和硅源Ⅱ的乙醇溶液；所述硅源Ⅰ为硅酸四乙酯、四乙基硅烷或四甲基硅烷；所述硅源Ⅱ为十六烷基三甲基硅烷或十六烷基三氯硅烷；(4)将所述混合液C依次进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：常化振，党皓，王园园，
申请(专利权)人：中国人民大学，
类型：发明
国别省市：北京,11