一种低温脱硝催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种低温脱硝催化剂及其制备方法和应用。该脱硝催化剂的催化活性成分包括锰氧化物和铈氧化物及汞，载体为γ‑Al

【技术实现步骤摘要】
一种低温脱硝催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种脱硝催化剂及其制备方法和应用，特别涉及一种在低温、高汞环境中具有较高催化脱硝活性的脱硝催化剂，还涉及脱硝催化剂的制备方法以及脱硝催化剂在选择性催化脱硝方面的应用，属于大气污染排放控制领域。
技术介绍
我国是一个资源大国，金属冶炼业在经济的发展过程中占有关键性的地位。但冶炼过程中排放的大气污染物，如NOx和重金属汞等。对环境的威胁十分巨大。NOx是温室效应，光化学烟雾，酸雨和臭氧层破坏的重要前驱物；因此，世界各国对NOx的排放控制和治理问题越来越重视。冶金排放烟气的氮氧化物浓度较低，一直没有得到足够重视，但2018年的《中华人民共和国大气污染防治法》第四十三条指出“钢铁、建材、有色金属、石油、化工等企业生产过程中排放粉尘、硫化物和氮氧化物的，应当采用清洁生产工艺，配套建设除尘、脱硫和脱硝装置，或采用技术改造等其他控制大气污染物排放的措施”。将针对有色烟气的氮氧化物进行处理。因此，开发应用于有色烟气低氮氧化物浓度和高汞浓度的脱硝催化剂意义重大。中国专利(CN110368950A)公开了一种将Cu、Fe、Sn负载在TiO2上的催化剂制备方法及其在低温脱硝方面的应用。在该专利中，不同金属配比不同，从而有不同的催化效果。其中Cu3-Fe1/Sn0.33Ti0.67O2的脱硝性能最佳，反应温度为300℃时NOx的转化率高达91％。但该催化材料在150～250℃低温反应区间具有较低的催化反应活性，没法适用除尘工艺后较低温度的脱硝过程。中国专利(CN110639507A)公开了一种Li-Mn双金属氧化物复合型脱硝催化剂。该催化剂在150℃左右具有良好的催化活性，但活性温度窗口窄，制备工艺复杂，无法适用于实际烟气温度波动大，需求量大的工业中。而针对于高汞浓度烟气的低温脱硝剂还少有研究。因此开发活性温度低，活性温度宽，具有抗汞性能的SCR催化剂仍面临极大的挑战。
技术实现思路
针对现有技术中脱硝催化剂由于低温脱除性能差，而难以适用于除尘后低温烟气脱硝问题，本专利技术的第一个目的是在于提供一种在较低温度下具有较好脱硝性能、活性温度宽，且耐受高汞环境以及无二次污染的复合脱硝催化剂。本专利技术的第二个目的是在于提供一种操作简单、成本低的制备所述脱硝催化剂的方法，该方法满足工业生产应用要求。本专利技术的第三个目的是在于提供一种脱硝催化剂的应用，将其应用于催化氮氧化物还原，相对现有技术中的脱硝催化剂可以在较低温度及较宽温度范围内下实现氮氧化物的催化还原，特别适合低温、高汞金属冶炼烟气的脱硝过程。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种低温脱硝催化剂，其催化活性成分包括锰氧化物和铈氧化物及汞。本专利技术技术方案采用锰氧化物和铈氧化物作为复合脱硝催化剂的主要活性成分，两种组分之间对脱硝过程具有明显的协同增效作用，相对单一的金属氧化物催化剂表现出更高的脱硝效率。金属氧化物的催化性能受温度影响明显，一般温度升高催化活性会相应提高，而在较低温度下的脱硝性能普遍不佳，如单一的锰氧化物作为催化剂在烟气温度为150℃，脱硝效率在14％左右，而在350℃高温下的脱硝效率也仅仅在39％左右，而采用锰氧化物和铈氧化物作为催化剂在烟气温度为150℃，脱硝效率在21％左右，而在350℃高温下的脱硝效率在65％左右，相对单一氧化物有明显提高。在此基础上，通过引入单质汞作为助催化剂，能显著提高催化剂的低温脱硝性能，拓宽脱硝温度窗口，如在烟气温度为150℃，脱硝效率在97％左右，而在350℃高温下的脱硝效率在89％左右。本专利技术技术方案的通过大量模拟烟气(NH3、O2、NO)氛围下对催化剂催化还原NO脱除性能研究，总结可能存在的主要脱硝机理如下：2NO+2NH3+2CeO2→2N2+Ce2O3+3H2O(1)2NO+2NH3+3MnO2→2N2+Mn3O4+4H2O(2)O2+2Ce2O3→4CeO2(3)O2+Mn3O4→3MnO2(4)O2+2Hg0(g)→2HgO(s)(5)HgO+Ce2O3→2CeO2+Hg0(a)(6)HgO+Mn3O4→3MnO2+Hg0(a)(7)2NO+2NH3+HgO→2N2+Hg0(a)+3H2O(8)从上述反应机理可以看出，单质汞主要是促进锰氧化物和铈氧化物的氧化还原过程，从而提高锰氧化物和铈氧化物的催化活性。作为一个优选的方案，所述催化活性成分负载在γ-Al2O3载体上。对于载体主要起到分散催化活性成分的作用，使其暴露更多的催化活性位点，表现出更好的催化活性，载体可以选择现有技术中常见的材料，一般为稳定性较好、比表面较大的固体材料，如γ-Al2O3。作为一个优选的方案，锰氧化物和铈氧化物分散负载在γ-Al2O3载体上，汞吸附掺杂在锰氧化物、铈氧化物及γ-Al2O3载体表面。作为一个优选的方案，锰氧化物和铈氧化物总质量为γ-Al2O3载体质量的2～20％。催化活性成分含量过高容易烧结堵塞分子孔道，导致催化效果不好。作为一个优选的方案，锰氧化物和铈氧化物的摩尔比为(2～5):1；锰氧化物作为主要的催化组份，铈氧化物作为助催化组份，比例过低过高都会由于氧空位不足，而导致催化效果不好。作为一个优选的方案，汞在γ-Al2O3载体上的负载量为0.01wt％～0.2wt％。本专利技术还提供了一种低温脱硝催化剂的制备方法，该方法是将锰盐和铈盐通过浸渍法负载在γ-Al2O3载体上后，通过高温活化，得到锰氧化物-铈氧化物/γ-Al2O3催化剂，所述锰氧化物-铈氧化物/γ-Al2O3催化剂通过吸附掺杂汞，即得。作为一个优选的方案，所述高温活化条件为：在保护气氛下，以5～20℃/min升温速率升温到400～600℃，保温5～10h。保护气氛如氮气。最优选的方案，升温速度为10℃/min，在550℃保温2h。优选的活化条件能保证锰铈催化剂完全分解，提供更多的氧空位，从而达到良好的催化效果。作为一个优选的方案，所述吸附掺杂汞的过程为：锰氧化物-铈氧化物/γ-Al2O3催化剂置于Hg0浓度为100～300mg/m3的气氛中吸附2～10h。本专利技术可以采用含汞量较高的冶炼烟气来处理对锰氧化物-铈氧化物/γ-Al2O3催化剂进行吸附掺杂处理，可以实现废物利用。本专利技术还提供了一种低温脱硝催化剂的应用，其应用于催化氮氧化物还原。作为一个优选的方案，其应用于冶炼烟气脱硝。作为一个优选的方案，所述冶炼烟气温度范围100～200℃，单质汞浓度≥100mg/m3。本专利技术的脱硝催化剂适应的烟气温度范围更宽，可以在100～400℃保持较高的脱硝活性，但是在100～200℃温度下脱硝效率表现突出。且脱硝催化剂对于冶炼烟气中单质汞表现出较好的耐受性，可以用于汞含量较高的冶炼烟气中氮氧化物的还原脱除。本专利技术提供的脱硝催化剂既可用于脱除燃煤烟气中的NOx，也可应用于脱除含汞甚至高汞条件(含Hg0≥100mg/m3)冶炼烟气中的NOx。脱硝过程主要是利用氨气将氮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温脱硝催化剂，其特征在于：催化活性成分包括锰氧化物和铈氧化物及汞。/n

【技术特征摘要】
1.一种低温脱硝催化剂，其特征在于：催化活性成分包括锰氧化物和铈氧化物及汞。


2.根据权利要求1所述的一种低温脱硝催化剂，其特征在于：所述催化活性成分负载在γ-Al2O3载体上。


3.根据权利要求1或2所述的一种低温脱硝催化剂，其特征在于：锰氧化物和铈氧化物分散负载在γ-Al2O3载体上，汞吸附掺杂在锰氧化物、铈氧化物及γ-Al2O3载体表面。


4.根据权利要求3所述的一种低温脱硝催化剂，其特征在于：
锰氧化物和铈氧化物总质量为γ-Al2O3载体质量的2～20％；
锰氧化物和铈氧化物的摩尔比为(2～5):1；
汞在γ-Al2O3载体上的负载量为0.01wt％～0.2wt％。


5.权利要求1～4任一项所述的一种低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：将锰盐和铈盐通过浸渍法负载在γ-Al2O3载体上后，通过高温活化，得到锰氧化物-铈氧化物/γ-Al2O...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘恢，肖梦倩，沈锋华，陈昊，刘操，杨姝，李青竹，王庆伟，杨卫春，王海鹰，杨志辉，闵小波，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43