活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及催化剂，尤其涉及一种活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂及其制备方法。包括以下质量份的原料：氧化石墨100份；锰盐20～50份；反应性低聚物200～400份；活性稀释剂30～100份；光引发剂5～10份。本发明专利技术以石墨烯‑氧化锰复合材料为催化剂的活性成分，具有低温SCR活性窗口，降低水在催化剂表面的吸附，减少硫酸盐在催化剂表面的沉积，提高其抗水抗硫毒化的能力；采用一步3D打印的方法，将催化剂的活性成分直接成型，与传统的蜂窝状SCR催化剂相比，具有更大的比表面积，更加适合的孔道结构，从而可以有效降低烟气阻力、减小压降，提升了催化剂的使用寿命；本发明专利技术不含陶瓷载体，有效的提升了催化剂的负载量，使催化剂的脱硝效率得到显著增强。

【技术实现步骤摘要】
活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂及其制备方法
本专利技术涉及催化剂，尤其涉及一种活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂及其制备方法。
技术介绍
我国是世界上使用煤炭能源最多的国家，煤的开发利用严重的污染环境并危害人类的健康。由于煤炭的燃烧会大量排放出二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)，从而导致酸雨、光化学烟雾、二次颗粒物污染等一系列环境问题。据统计90％以上的NOx排放是来自于电厂、水泥厂、钢厂中使用化石燃料的燃烧产生的废气。近年来国家对于NOx的排放进行了严格的限制，并且制定了相关的法规。因此对排放的NOx进行处理非常必要。选择性催化还原(SCR)方法是目前为止处理NOx最为有效的手段。目前为止，商业化应用的SCR催化剂为V2O5-WO3-TiO2体系，其活性温度窗口在400℃左右。但是SCR脱硝系统布置在工业窑炉之后，尾气温度通常只有250℃左右。若将烟气升温则会大大增加运营成本。此外，烟气中的飞灰累积在催化剂的表面造成催化剂堵塞；水蒸气和SO2会使催化剂中毒造成催化剂失活。中国专利技术专利CN201610545189.1公开了低温锰基SCR脱硝催化剂，其低温脱硝性能较好，然而并未对其抗水、硫中毒能力进行评价。中国专利技术专利CN201611069102.4公开了一种低温钒-钨-钛脱硝催化剂，具有较好的低温活性，然而钒并不是一种环境友好型材料，还需要考虑催化剂失活后处理等一系列问题。传统的蜂窝式SCR催化剂一般采用陶瓷材料，如堇青石，富铝红柱石，TiO2等材料做为载体，通过机械加工获得一定的孔道结构，再通过共沉淀法、浸渍法、溶胶-凝胶法等将催化剂活性组分负载其上。但是其气流阻力较大，几何比表面积有限，在实际工业应用中损耗较高；同时也对催化剂活性成分失效之后的再生及回收利用造成困难。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂及其制备方法。本专利技术具有低温SCR活性窗口、较高的抗硫抗水毒化能力；本专利技术生产成本低，环境友好。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂，包括以下质量份的原料：所述锰盐为乙酸锰、氯化锰、硫酸锰、硝酸锰中的一种或几种。所述反应性低聚物为不饱和聚酯、丙烯酸树脂、聚脂丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚氨脂丙烯酸酯中的一种或几种。所述活性稀释剂为丙烯酸-β-羟乙酯、邻苯二甲酸二丙烯酸酯、二缩三乙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸异冰片脂中的一种或者几种。所述光引发剂为a，a’-二甲基苯偶酰缩酮、a，a’-二乙氧基苯乙酮、2-甲基-1(4甲硫基)苯基-2-吗啉-1-丙酮、2，4，6-三甲基二苯甲酮、异丙基硫杂蒽酮、Omnicat550、Omnicat650中的一种或几种。一种活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：(1)将采用Hummer’s方法制备氧化石墨，取100质量份的氧化石墨、20～50质量份的四水合乙酸锰、200～400质量份聚甲基丙烯酸甲酯置于球磨机中以400～800r/min的转速分散2～6h，制成分散液；(2)称取30～100质量份的邻苯二甲酸二丙烯酸脂和5～10质量份的Omnicat650，将其加入到上述分散液中，机械搅拌1～2h，超声振荡1～2h；(3)通过计算机软件AutoCAD建立蜂窝状催化剂模型，将模型设置为边长为100～300mm，高度为100～300mm，内部为0.5～2mm直径孔的六方体结，并将三维模型分解成厚度为30～100μm的切片，并输入SLA3D打印机中；(4)设置打印机打印速度为0.1～0.3m/s，打印分辨率为70～100μm，送粉量为0.2mm2/S；对打印机光束的强度、角度、形状进行调控，将所述浆料逐层打印并且光固化，得到蜂窝状催化剂胚体；(5)将胚体在氩气保护下，500～700℃煅烧2～4h，去除其中有机物等杂质，并将催化剂进行活化。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)以石墨烯-氧化锰复合材料为催化剂的活性成分，具有低温SCR活性窗口；(2)石墨烯做为一种疏水性材料，可以有效的降低水在催化剂表面的吸附，同时也可以减少硫酸盐在催化剂表面的沉积，提高其抗水抗硫毒化的能力；(3)采用一步3D打印的方法，将催化剂的活性成分直接成型，与传统的蜂窝状SCR催化剂相比，具有更大的比表面积，更加适合的孔道结构，从而可以有效降低烟气阻力、减小压降，进一步提升了催化剂的使用寿命；(4)本专利技术催化剂中不含陶瓷载体，有效的提升了催化剂的负载量，使催化剂的脱硝效率得到显著增强。附图说明图1是本专利技术的抗水抗硫毒化实验结果分析图。具体实施方式以下实例用于更详细的说明本专利技术，但本专利技术并不限于此。对于未注明的工艺参数，可参照常规技术进行。实施例1一种活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂，包括以下质量份的原料：一种活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：(1)将采用Hummer’s方法制备的氧化石墨100质量份，四水合乙酸锰20质量份和聚甲基丙烯酸甲酯200质量份，置于球磨机中以800r/min的转速，分散2h；(2)称取30质量份邻苯二甲酸二丙烯酸脂，5质量份Omnicat650加入到上述分散液中，机械搅拌1h，超声振荡1h；(3)通过计算机软件AutoCAD建立蜂窝状催化剂模型，将模型设置为边长为200mm，高度为200mm，内部为0.5mm直径孔的六方体结，并将三维模型分解成厚度为30μm的切片，并输入SLA3D打印机中；(4)设置打印机打印速度为0.2m/s，打印分辨率为70～100μm，送粉量为0.2mm2/S；对打印机光束的强度、角度、形状进行调控，将所述浆料逐层打印并且光固化，得到蜂窝状催化剂胚体(5)将胚体在氩气保护下，500℃煅烧2h，去除其中有机物等杂质，并将催化剂进行活化。实施例2一种活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂，包括以下质量份的原料：一种活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：(1)将采用Hummer’s方法制备的氧化石墨100质量份，四水合乙酸锰30质量份和聚甲基丙烯酸甲酯200质量份，置于球磨机中以400r/min的转速，分散2h；(2)称取50质量份邻苯二甲酸二丙烯酸脂，7质量份Omnicat650加入到上述分散液中，机械搅拌1h，超声1h；(3)通过计算机软件AutoCAD建立蜂窝状催化剂模型，将模型设置为边长为100mm，高度为100mm，内部为1mm直径孔的六方体结，并将三维模型分解成厚度为50μm的切片，并输入SLA3D打印机中；(4)设置打印机打印速度为0.1m/s，打印分辨率为70μm，送粉量为0.2mm2/S；对打印机光束的强度、角度、形状进行调控，将所述浆料逐层打印并且光固化，得到蜂窝状催化剂胚体(5)将胚体在氩气保护下，600℃煅烧2h，去除其中有机物等杂质，并将催化剂进行活化实施例3一种活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂，包括以下质量份的原料：一种活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：(1)将采用Hummer’s方法制备的氧化石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂，其特征在于，包括以下质量份的原料：

【技术特征摘要】
1.一种活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂，其特征在于，包括以下质量份的原料：2.根据权利要求1所述的一种活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂，其特征在于，所述锰盐为乙酸锰、氯化锰、硫酸锰、硝酸锰中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂，其特征在于，所述反应性低聚物为不饱和聚酯、丙烯酸树脂、聚脂丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚氨脂丙烯酸酯中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂，其特征在于，所述活性稀释剂为丙烯酸-β-羟乙酯、邻苯二甲酸二丙烯酸酯、二缩三乙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸异冰片脂中的一种或者几种。5.根据权利要求1所述的一种活性成分通过3D打印直接成型的SCR催化剂，其特征在于，所述光引发剂为a，a’-二甲基苯偶酰缩酮、a，a’-二乙氧基苯乙酮、2，4，6-三甲基二苯甲酮、异丙基硫杂蒽酮、Omnicat550、Omnicat650中的一种或几种。6.一种根据权利要求1所述的活性成分通过3D打印...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲殿利，姚焯，李媛，郭玉香，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21