一种联合脱硝脱二噁英催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及催化剂材料制备技术领域，具体公开一种联合脱硝脱二噁英催化剂及其制备方法，所述催化剂包括催化剂载体和负载在所述催化剂载体上的活性组分和活性助剂，其中，所述催化剂载体为钛白粉和白炭黑；所述活性组分为钒的氧化物、铁的氧化物和锰的氧化物；所述活性助剂为三氧化钨和/或三氧化钼。本发明专利技术所制备的催化剂具有良好的低温催化活性，可在较低反应温度下协同脱除氮氧化物和二噁英，脱硝效率可达到95％以上，二噁英脱除率可达95％以上，并且催化剂的使用寿命长，可降低催化剂的成本，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种联合脱硝脱二噁英催化剂及其制备方法
本专利技术涉及催化剂材料制备
，尤其涉及一种联合脱硝脱二噁英催化剂及其制备方法。
技术介绍
二噁英是多氯二苯并二噁英(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs)这两大类化合物的通称，在所有的异构体中，毒性最强的是2,3,7,8-四氯代双苯并二噁英(TCDD)，其毒性相当于氰化钾的1000倍以上，是目前发现的无意识合成的副产品中毒性最强的化合物，被称为“地球上最强的毒物”。二噁英是非常稳定的亲脂性固体有机物，熔点较高，分解温度大于700℃，极难溶于水，容易在生物体内累积。二噁英蒸汽压极低，因而其存在于大气气溶胶颗粒物上，能够在大气中远距离传输而影响到区域乃至全球环境。深入研究二噁英的催化氧化分解机理和脱除技术，开展相应控制技术的改进和开发，解决目前排放控制策略和技术的不足，开发出适合我国烟气多污染物协同控制的先进控制技术，已经成为迫在眉睫的事情，同时也是实现资源与环境协调发展的必由之路。目前针对烟气脱硝，选择性催化还原(SCR)脱硝技术效率高、稳定性好，成为国内外工业应用研究的主流技术和发展方向，SCR技术核心为脱硝催化剂。普通钒基催化剂虽然既能脱硝也能脱二噁英，但将其应用于同时脱硝脱二噁英时会出现二者催化温度窗口不一致的问题，无法实现两者高效协同脱除。因此，开发一种可以联合脱硝脱二噁英的催化剂，对钢铁行业清洁生产和环境清洁、人体健康等都具有十分重要的意义。
技术实现思路
针对现有催化剂无法实现二噁英和氮氧化物同时高效脱除的等问题，本专利技术提供一种联合脱硝脱二噁英催化剂及其制备方法。为达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下的技术方案：一种联合脱硝脱二噁英催化剂，所述催化剂包括催化剂载体和负载在所述催化剂载体上的活性组分和活性助剂，所述催化剂载体的质量百分含量为71-78％，所述活性组分的质量百分含量为8-11％，所述活性助剂的质量百分含量为2-5％；余量为制备过程中产生的其他组分；其中，所述催化剂载体为钛白粉和白炭黑；所述活性组分为钒的氧化物、铁的氧化物和锰的氧化物，所述钒的氧化物在催化剂中的质量百分含量为1.5-2.5％，所述铁的氧化物在催化剂中的质量百分含量为2.5-3.5％，所述锰的氧化物的在催化剂中的质量百分含量为4-5％；所述活性助剂为三氧化钨和/或三氧化钼。本专利技术中所述钒的氧化物为常见的钒的氧化物，如五氧化二钒、二氧化钒、三氧化二钒中的一种或多种；铁的氧化物为为常见的铁的氧化物，如三氧化二铁、氧化亚铁、四氧化三铁中的一种或多种；锰的氧化物为为常见的锰的氧化物，如二氧化锰、三氧化二锰、四氧化三锰中的一种或多种。本专利技术提供的联合脱硝脱二噁英蜂窝状催化剂，选择钛白粉和白炭黑作为催化剂载体，可提高催化剂的机械强度和比表面积，增加催化剂的使用寿命，为脱硝和脱除二噁英反应提供更多的反应空间，且白炭黑还具有优异的吸附性能，有利于活性组分和活性助剂分散均匀，也避免了催化剂中活性组分易流失问题的出现，同时还有利于吸附烟气中的氮氧化物和二噁英，使氮氧化物、二噁英充分与活性组分反应，提高脱除率；选择钒的氧化物、铁的氧化物和锰的氧化物以特定比例配合作为活性组分，钨的氧化物和/或钼的氧化物作为活性助剂，显著提高了催化剂的低温活性，加快了低温条件下二噁英中苯氧化断裂的速率，同时，还可提高催化剂催化氯原子生成氯气的速率，加快催化剂表面氯原子的移除速率，从而避免C6H5Cl和C6H4ClOH类前驱体重组生成二噁英；催化剂载体、活性组分和活性助剂三者以特定比例协同，使得脱硝效率可达到95％以上，二噁英脱除率可达95％以上。优选的，所述钛白粉在催化剂中的质量百分含量为70-75％，所述白炭黑在催化剂中的质量百分含量为1-3％。催化剂中催化剂载体的种类和配比对催化剂的微观结构、力学性质和催化活性均具有重要影响，选择将钛白粉和白炭黑以特定配比作为催化剂的载体，可提高催化剂的比表面积和力学性能，同时还可与活性组分和活性助剂协同作用，使催化剂具备较高的催化活性。优选的，所述催化剂载体在催化剂中的质量百分含量为77％，所述活性组分在催化剂中的质量百分含量为9.2％，所述活性助剂在催化剂中的质量百分含量为3％。优选的，所述钒的氧化物在催化剂中的质量百分含量为2％，所述铁的氧化物在催化剂中的质量百分含量为3％，所述锰的氧化物在催化剂中的质量百分含量为4.2％。优选的，所述钛白粉在催化剂中的质量百分含量为75％，所述白炭黑在催化剂中的质量百分含量为2％。优选的上述比例可使催化剂具备最佳的催化活性，提高协同脱硝脱二噁英效率。优选的，所述联合脱硝脱二噁英蜂窝状催化剂的原料包括如下重量份数的组分：钛白粉77-85份，白炭黑2-5份，改性剂22-28份，七钼酸铵和/或偏钨酸铵4-6份，偏钒酸铵10-15份，十六烷基三甲基溴化铵2-3份，乳酸2-3份，氨水8-10份，粘结剂1-2份和去离子水20-28份；其中，所述改性剂为硝酸铁和硝酸锰的混合物，所述硝酸铁和硝酸锰的质量比为3-4:1。催化剂的原料中加入十六烷基三甲基溴化铵作为结构导向剂，可以诱导催化剂载体的颗粒间形成很多空隙，有利于获得蠕虫状微介孔结构，有利于活性组分和活性助剂在载体的微介孔上分散的更均匀，同时有利于催化反应过程中热量和气体的传递，进而提高催化速率；选择硝酸铁、硝酸锰和偏钒酸铵作为活性组分的前驱体，选择七钼酸铵和/或偏钨酸铵作为活性助剂的前驱体，前驱体相比金属氧化物而言，更易溶于水，有利于与其他物料混合时混合均匀，经煅烧后活性成分、活性助剂成分在载体上的分散性更好，且金属氧化物在载体上原位生成，还有利于提高活性成分、活性助剂成分与载体之间的结合力，避免活性组分容易脱落问题的出现。优选的，所述钛白粉的平均孔径为15-20nm，孔容为0.36-0.47cm3/g，比表面积为80-100m2/g。钛白粉的表面含有一定量的硫酸根离子，经热处理后可与表面的钛原子结合生成磺酸基，增加其表面的氢键成分，进而提高钛白粉表面对水的亲和力，保证亲水性，因此选择钛白粉作为载体成分，有助于各原料组分混合均匀，使活性组分和活性助剂均匀分散于载体上；优选的钛白粉的孔径和比表面积，有利于为催化反应提供更多的活性位点，优选的钛白粉的孔容，有利于提高催化剂制备过程中的捏合效果，有利于催化剂快速成型。优选的，所述白炭黑的比表面积为120-140m2/g。优选的白炭黑的比表面积可提高催化剂的机械强度，增加催化剂的微观比表面积，为催化反应提供更多的活性位点，同时白炭黑的多孔性，还有利于热量和气体的传递，提高催化反应速率，且白炭黑具有优异的吸附性，可使活性组分与载体牢固地结合在一起，避免活性组分易流失问题的出现。优选的，所述氨水的质量浓度为25-28％。优选的，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠和聚氧化乙烯的混合物，其中，所述羧甲基纤维素钠和聚氧化乙烯的质量比为1:1-1.5。优选的粘结剂有助于催化剂的快速成型，且催化剂经过高温煅烧处理后，使制备的催化剂具有较高的孔隙率。本专利技术还提供一种联合脱硝脱二噁英蜂窝状催化剂的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：步骤一、按照设计配比称取各组分，将称取的钛白粉、白炭黑、七钼酸铵和/或偏钨酸铵混合均匀，依次加入70-80wt％的去离子水、改性剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种联合脱硝脱二噁英催化剂，其特征在于，所述催化剂包括催化剂载体和负载在所述催化剂载体上的活性组分和活性助剂，所述催化剂载体的质量百分含量为71‑78％，所述活性组分的质量百分含量为8‑11％，所述活性助剂的质量百分含量为2‑5％；其中，所述催化剂载体为钛白粉和白炭黑；所述活性组分为钒的氧化物、铁的氧化物和锰的氧化物，所述钒的氧化物在催化剂中的质量百分含量为1.5‑2.5％，所述铁的氧化物在催化剂中的质量百分含量为2.5‑3.5％，所述锰的氧化物的在催化剂中的质量百分含量为4‑5％；所述活性助剂为三氧化钨和/或三氧化钼。

【技术特征摘要】
1.一种联合脱硝脱二噁英催化剂，其特征在于，所述催化剂包括催化剂载体和负载在所述催化剂载体上的活性组分和活性助剂，所述催化剂载体的质量百分含量为71-78％，所述活性组分的质量百分含量为8-11％，所述活性助剂的质量百分含量为2-5％；其中，所述催化剂载体为钛白粉和白炭黑；所述活性组分为钒的氧化物、铁的氧化物和锰的氧化物，所述钒的氧化物在催化剂中的质量百分含量为1.5-2.5％，所述铁的氧化物在催化剂中的质量百分含量为2.5-3.5％，所述锰的氧化物的在催化剂中的质量百分含量为4-5％；所述活性助剂为三氧化钨和/或三氧化钼。2.如权利要求1所述的联合脱硝脱二噁英催化剂，其特征在于，所述钛白粉在催化剂中的质量百分含量为70-75％，所述白炭黑在催化剂中的质量百分含量为1-3％。3.如权利要求2所述的联合脱硝脱二噁英催化剂，其特征在于，所述催化剂载体在催化剂中的质量百分含量为77％，所述活性组分在催化剂中的质量百分含量为9.2％，所述活性助剂在催化剂中的质量百分含量为3％；和/或所述钒的氧化物在催化剂中的质量百分含量为2％，所述铁的氧化物在催化剂中的质量百分含量为3％，所述锰的氧化物在催化剂中的质量百分含量为4.2％；和/或所述钛白粉在催化剂中的质量百分含量为75％，所述白炭黑在催化剂中的质量百分含量为2％。4.如权利要求2所述的联合脱硝脱二噁英催化剂，其特征在于，其原料包括如下重量份数的组分：钛白粉77-85份，白炭黑2-5份，改性剂22-28份，七钼酸铵和/或偏钨酸铵4-6份，偏钒酸铵10-15份，十六烷基三甲基溴化铵2-3份，乳酸2-3份，氨水8-10份，粘结剂1-2份和去离子水20-28份；其中，所述改性剂为硝酸铁和硝酸锰...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫士净，崔利锋，代永强，墨文涛，张旭，封启超，
申请(专利权)人：天河保定环境工程有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13