一种低温锰基氧化物催化剂的制备方法技术

本发明专利技术属于化学领域，具体是涉及一种低温锰基氧化物催化剂的制备方法。本发明专利技术的锰钛氧化物催化剂的制备方法简单，成本低廉具有非常优异的低温活性，在空速为50,000h‑1条件下可在150℃即达到80％以上的NOx转化率可以广泛应用于固定源烟气脱硝；150～250℃的范围内NOx转化率始终可以在80％以上，还具有非常优异的N2生成选择性，在100℃～250℃的范围内，N2生成选择性为80％以上。

Preparation of a low temperature manganese based oxide catalyst

The invention belongs to the field of chemistry, in particular to a preparation method of a low temperature manganese based oxide catalyst. The preparation method of the manganese titanium oxide catalyst is simple, low cost and excellent low temperature activity. Under the condition of air velocity of 50000h 1, the conversion rate of NOx above 80% can be widely used in fixed source flue gas denitrification, and the conversion rate of NOx can always be above 80% in the range of 150~250 C. It also has very excellent N2 generation selectivity. The selectivity of N2 formation is more than 80% in the range of 100 ~ 250 C.

【技术实现步骤摘要】
一种低温锰基氧化物催化剂的制备方法
本专利技术属于化学领域，具体属于催化剂领域，更具体是涉及一种低温锰基氧化物催化剂的制备方法。
技术介绍
氮氧化物(NOx)可以引发灰霾、酸雨和光化学烟雾等大气环境问题，控制NOx的排放是目前环境保护领域面临的一个重大挑战。自上世纪七十年代以来，NH3选择性催化还原NOx(即NH3-SCR)技术被广泛用于燃煤电厂、工业锅炉等固定源烟气脱硝。该技术是在催化剂的作用下，用还原剂NH3将烟气中的NOx选择性还原为N2和H2O。传统的V2O5-WO3/TiO2催化剂作为一种商用SCR催化剂已经在燃煤电厂等固定源脱硝领域应用多年。电力行业使用的NH3-SCR催化剂工作温度通常为300～400℃，而非电力行业的工业锅(窑)炉设备(工业锅炉、玻璃陶瓷炉窑、水泥炉窑、钢铁冶金烧结炉、炼焦和石化系统的裂解设备等)烟气以及涉及硝酸生产和使用的工艺过程废气的排放温度通常为120℃～300℃。因此，在非电力行业难以直接使用电厂中温(300～400℃)NH3-SCR催化工艺对NOx排放进行控制。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术公开了一种低温锰基氧化物催化剂的制备方法，在低温下具有较好的催化活性，优异的N2生成选择性。本专利技术实现以上目的的技术方案为：一种低温锰基氧化物催化剂的制备方法，所述催化剂由包括如下步骤的方法制备：配置钛源和锰源的混合溶液，加入沉淀剂反应后得到前驱体液；将前驱体液抽滤、洗涤得到滤饼；将滤饼干燥后，焙烧制得低温锰基氧化物催化剂。本催化剂在低温下也具有较好的催化活性，在125℃左右，NOx的转化率就能达到60％以上，150℃左右就能达到90％以上，甚至接近100％的转化率，并且本催化剂的实用温度范围也较广，在150℃～250℃催化剂的转化率始终在90％以上。而现有技术在125℃以下，转化率只有40％以下，转化率能达到60％以上的适用温度范围只有20℃左右，使用范围较窄。进一步地，钛源为硫酸钛，锰源为硝酸锰。进一步地，所述沉淀剂为尿素。进一步地，加入沉淀剂后，水浴加热反应，水浴温度65～95℃，搅拌1～25小时得到前驱体液。水浴用来升温，升温使尿素分解，尿素分解使pH升高，促进沉淀生成。共沉淀法可以使Mn和Ti的氧化物更为紧密的结合在一起，因此具有更好的催化性能。进一步地，滤饼的干燥条件为：90～100℃烘箱干燥10～12h。进一步地，干燥后的滤饼焙烧条件为：空气气氛下，450～550℃焙烧4～6h。进一步地，制得的低温锰基氧化物催化剂化学式为MnxTiOy。进一步地，所述化学式中x的取值范围为0.2～1。进一步地，化学式中y的值由通式MnxTiOy中的Mn和Ti的价态。本专利技术的另一个目的在于提供上述锰基氧化物催化剂在尾气中NOx处理的应用。作为优选，所述锰基氧化物催化剂用作NH3-SCR催化剂。进一步地，所述锰基氧化物催化剂用作移动源含氮氧化物气体或固定源含氮氧化物气体催化还原的催化剂，如柴油车、船舶尾气、工业炉窑烟气、燃煤电厂。进一步地，本专利技术锰基氧化物催化剂在使用时，催化剂置于烟气管道途中，在催化剂的上游喷入还原剂，与尾气混合后将NOx还原为N2和H2O。本专利技术锰基氧化物催化剂在富氧条件下以及在很宽的温度窗口内可以将NOx高效还原为N2和H2O，同时具备优异的N2生成选择性和抗硫抗水性能。进一步优选，所述的还原剂为氨气或尿素，还原剂用量为尾气中氮氧化物的0.8-1.2倍。与现有技术相比，本专利技术具有以下几个优点：1、本专利技术的锰钛氧化物催化剂具有非常优异的低温活性，在空速为50,000h-1条件下可在150℃即达到80％以上的NOx转化率可以广泛应用于固定源烟气脱硝；2、本专利技术的锰钛氧化物催化剂具有更宽的温度适用范围，在150～250℃的范围内NOx转化率始终可以在80％以上。3、本专利技术的锰钛氧化物催化剂具有非常优异的N2生成选择性，在100℃～250℃的范围内，N2生成选择性为80％以上，而普通的催化剂超过150℃，N2生成选择性就降至70％以下，在250℃时就已经在40％以下；3、本专利技术的锰钛氧化物催化剂制备方法简单，成本低廉。附图说明图1为实施例1～4与对比例1～2催化剂的NOx转化率对比；图2为实施例1～4与对比例1～2催化剂的N2生成选择性对比。具体实施方式下面结合具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。实施例1本实施例中以50％硝酸锰溶液作为Mn源，以硫酸钛作为Ti源，尿素作为沉淀剂。按照Mn:Ti摩尔比为0.2:1配制硝酸锰和硫酸钛的混合溶液，并向其中加入过量尿素作为沉淀剂。在90℃水浴条件下连续搅拌12h，对沉淀物进行抽滤和洗涤，之后将滤饼放于100℃烘箱干燥12h，最后在马弗炉中、空气气氛下于500℃焙烧5h制得粉末状催化剂，标记为Mn0.2TiOx。实施例2本实施例与实施例1的区别仅为Mn:Ti摩尔比为0.3:1，标记为Mn0.3TiOx。实施例3本实施例与实施例1的区别仅为Mn:Ti摩尔比为0.5:1，标记为Mn0.5TiOx。实施例4本实施例与实施例1的区别仅为Mn:Ti摩尔比为1:1，标记为Mn1.0TiOx。对比例1本对比例与实施例的区别仅为不加入硫酸钛，得到催化剂，标记为MnOx。对比例2本对比例将4.12g50％硝酸锰溶液溶于100mL去离子水，然后向混合溶液中加入10gTiO2粉末，室温搅拌1h，然后在70℃采用旋转蒸发仪蒸干，并在100℃空气气氛下烘干12h，最后在500℃空气气氛下焙烧5h，得到催化剂标记为10％Mn/TiO2。通过图1的性能对比可知，由图1可知，相同反应条件下，本专利技术中催化剂的低温NH3-SCR活性明显高于不含Ti的纯MnOx催化剂和传统浸渍法制备的10％Mn/TiO2催化剂。由图2可知，本专利技术中催化剂还具有比对比例1、2中制备的更为优异的N2生成选择性。在上述实施例及其替换方案中，MnxTiOy中x的取值范围可以为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1以及0.2～1中的任意值。在上述实施例及其替换方案中，加入沉淀剂后，水浴加热反应，水浴温度可以为65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃以及65～95℃中的任意值，搅拌时间可以为1h、3h、5h、7h、10h、15h、20h、25h以及1～25h中的任意值。在上述实施例及其替换方案中，干燥后的滤饼焙烧条件为：空气气氛下，焙烧温度还可为450℃、470℃、480℃、500℃、510℃、520℃、530℃、550℃以及450～550℃中的任意值，焙烧时间还可为4h、6h以及4-6h中任意值。应用实施例1将实施例1制得的锰基氧化物催化剂应用在尾气NOx处理中，具体地用作工业炉窑烟气选择性催化还原NOx(NH3-SCR)催化剂。使用时，将催化剂置于烟气管道途中，在催化剂的上游喷入还原剂，与尾气混合后将NOx还原为N2和H2O，还原剂采用氨气，还原剂用量等于尾气中氮氧化物的含量。应用实施例2将实施例2中制得的锰基氧化物催化剂用作柴油车尾气选择性催化还原NOx(NH3-SCR)催化剂，应用方法与应用实施例1中相同。应用实施例3将实施例3中制得的锰基氧化物催化剂用作船舶尾气选择性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温锰基氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂由包括如下步骤的方法制备：配置钛源和锰源的混合溶液，加入沉淀剂反应后得到前驱体液；将前驱体液抽滤、洗涤得到滤饼；将滤饼干燥后，焙烧制得低温锰基氧化物催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种低温锰基氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂由包括如下步骤的方法制备：配置钛源和锰源的混合溶液，加入沉淀剂反应后得到前驱体液；将前驱体液抽滤、洗涤得到滤饼；将滤饼干燥后，焙烧制得低温锰基氧化物催化剂。2.根据权利要求1所述的一种低温锰基氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：钛源为硫酸钛，锰源为硝酸锰。3.根据权利要求1所述的一种低温锰基氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：所述沉淀剂为尿素。4.根据权利要求1所述的一种低温锰基氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：加入沉淀剂后，水浴加热反应，水浴温度65～95℃，搅拌1～25小时得到前驱体液。5.根据权利要求1所述的一种低温...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺泓，单文坡，连志华，邓华，张燕，李要彬，
申请(专利权)人：中国科学院宁波城市环境观测研究站，中国科学院城市环境研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33