一种以高炉渣为原料的多孔陶瓷膜除尘脱硝脱二噁英催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种以高炉渣为原料的多孔陶瓷膜除尘脱硝脱二噁英催化剂及其制备方法，该催化剂以炼铁工业排出的污染性高炉渣、铁源粉料以及成型剂溶液制备而成的多孔陶瓷膜为载体，以钼铈复合氧化物为催化活性组分，镍锆复合氧化物为助催化剂。以载体质量为基准，高炉渣废渣的质量百分含量为70%~80%，铁源粉料的质量百分含量为10%~20%，成型剂溶液的质量百分含量为10%，活性组分钼铈复合氧化物的质量百分含量为10%~30%，助催化剂镍锆复合氧化物的质量百分含量为1%~5%。该多孔陶瓷膜催化剂不仅能够实现工业废渣高炉渣的资源化利用，而且环境友好，能够同时除尘脱硝脱二噁英。

【技术实现步骤摘要】
一种以高炉渣为原料的多孔陶瓷膜除尘脱硝脱二噁英催化剂及其制备方法
本专利技术提供一种以高炉渣为原料的多孔陶瓷膜除尘脱硝脱二噁英催化剂及其制备方法，属废弃产品资源化利用和环保催化领域。
技术介绍
高炉渣一种工业固体废物。高炉炼铁过程中排出的渣，又称高炉矿渣，可分为炼钢生铁渣、铸造生铁渣、锰铁矿渣等。中国一些地区使用钛磁铁矿炼铁，排出钒钛高炉渣。依矿石品位不同，每炼1吨铁排出0.3～1吨渣，矿石品位越低，排渣量越大。矿渣碎石在我国可以代替天然石料用于公路，机场，地基工程，铁路道渣、混凝土骨料和沥青路面等，可用于：配制矿渣碎石混凝土、在软弱地基中应用、用矿渣碎石作基料铺成的沥青路面既明亮且防滑性能好还具有良好的耐磨性能制动距离缩短、用于铁路道渣可以适当吸收列车行走时产生的振动和噪音。膨胀矿渣珠是用适量冷却水急冷高炉渣熔渣而形成的一种多孔轻质矿渣，生产方法有喷射法、喷雾法、堑沟法、滚筒法。可用于做轻骨料，用来制作内墙板楼板等，也可用于承重结构。高炉渣还可用于生产矿渣棉（以高炉渣为主要原料，在溶化炉中熔化后获得熔融物再加以精制而得到的一种白色棉状矿物纤维）、微晶玻璃、硅钙渣肥、矿渣铸石、热铸矿渣等。目前，所有高炉渣几乎全部露天堆存，没有得到任何有效的利用。与此同时，高炉渣主要化学元素有钙、硅、铝、铁、和少量的镁、硫，堆存过程中如产生渗漏进入地下水、地表水等水体，可形成沉淀物、悬浮物、可溶物，造成水体的pH值上升等不良生态影响。因此，这种处置方式除了需要占用大量农田、土地，在堆场建设和维护上耗资外，也会对环境造成一定的影响。目前，堆存量不断增大的高炉渣所造成的经济和环境问题，已使高炉渣综合利用成为炼铁产业发展过程中一项亟需解决的难题。因此，高炉渣废渣的处置不仅需要提高规模化利用的经济价值，同时还需要考虑到高炉渣制备催化剂时的二次污染问题。与此同时，煤炭是我国最主要的一次能源，占中国能源组成的70%以上。燃煤排放主要污染物包括：氮氧化物、有机污染物、飞灰等。其中，粉尘和氮氧化物(NOx)是造成雾霾的主要祸首，我国NOx和粉尘的排放量分别高达2400万吨/年与1500万吨/年。此外，二噁英是迄今为止人类已知的毒性最强的污染物，其毒性相当于人们熟知的剧毒物质氰化物的130倍、砒霜的900倍。大量的动物实验表明，很低浓度的二噁英就对动物表现出致死效应。因此，如何有效的控制粉尘、NOx与二噁英一直是环保领域研究的焦点。传统的除尘、脱硝、脱二噁英技术，只能对某种污染物进行单向的滤除，导致对混合烟气进行处理时，所需的设备结构复杂且增加成本。而同时脱硝脱二噁英催化剂可以实现同时脱除NOx与二噁英，降低企业处理烟气的成本，应用前景广阔。但该类催化剂其结构均为蜂窝状，在使用过程中，颗粒物极易堵塞催化剂孔道这阻碍了同时脱硝脱二噁英催化剂的进一步发展应用。鉴于国内具有大量高炉渣废渣，缺乏先进的安全处置和高附加值资源化技术问题，本专利技术创新性地提出利用高炉渣制备高性能多孔陶瓷膜载体，以钼铈复合氧化物作为活性组分，镍锆复合氧化物为助催化剂制备高性能多孔陶瓷膜催化剂，从根本上解决大批量高炉渣的处置问题，并实现其高附加值资源化利用。主要依据是：高炉渣废渣中多数氧化物都具有一定的催化和助催化性能，同时加入铁源粉体提高陶瓷颗粒强度。负载活性组分钼铈复合氧化物和助催化剂镍锆复合氧化物后，即可制备成高性能多孔陶瓷膜多孔陶瓷膜催化剂，能够有效除尘脱硝脱二噁英。本专利技术的成功应用不仅会彻底解决高炉渣的安全处置问题，同时作为多孔陶瓷膜催化剂也能解决大气污染问题，从而带来巨大的经济、环保和社会效益。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种以高炉渣为原料的多孔陶瓷膜除尘脱硝脱二噁英催化剂，本专利技术的另一目的是提供上述多孔陶瓷膜催化剂的制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：本专利技术的技术方案为：本专利技术将高炉渣废渣制备成多孔陶瓷膜载体，铁源粉料的加入主要是提高陶瓷颗粒载体强度；另一方面，高炉渣中的多种氧化物不仅能够作为多孔陶瓷膜载体组分，还具有一定的催化和助催化效果，能够与活性组分钼铈复合氧化物以及助催化剂镍锆复合氧化物形成强相互作用，提高催化剂性能。以高炉渣废渣为主要原料，添加少量铁源粉料，负载活性组分钼铈复合氧化物和助催化剂镍锆复合氧化物，研发一种高性能环保多孔陶瓷膜催化剂，目的是彻底实效地解决高炉渣的处理和高附加值资源化利用，同时能够除尘脱硝脱二噁英。本专利技术的具体技术方案为：一种以高炉渣为原料的多孔陶瓷膜除尘脱硝脱二噁英催化剂，其特征在于：该催化剂以炼铁工业排出的污染性高炉渣、铁源粉料以及成型剂溶液制备而成的多孔陶瓷膜为载体，以钼铈复合氧化物为催化活性组分，镍锆复合氧化物为助催化剂。以载体质量为基准，高炉渣的质量百分含量为70%~80%，铁源粉料的质量百分含量为10%~20%，成型剂溶液的质量百分含量为10%，活性组分钼铈复合氧化物的质量百分含量为10%~30%，助催化剂镍锆复合氧化物的质量百分含量为1%~5%。上述的高炉渣废渣对所有厂商产生的高炉渣废渣都适用。本专利技术还提供了上述多孔陶瓷膜除尘脱硝脱二噁英催化剂的制备方法，其具体步骤为：(1)原料粉碎将高炉渣和铁源粉料分别经球磨机粉碎后，过100目标准筛均化备用；(2)配料与造粒按权利要求1所述多孔陶瓷膜载体原料配方，依次称取步骤(1)过筛后的原料粉体搅拌均匀，然后称取成型剂溶液进行造粒；(3)成型与煅烧将造粒后的泥料加入模具中加压后保压，制得陶瓷坯体后置于马弗炉中煅烧，得到多孔陶瓷膜载体；(4)活性组分和助催化剂前驱体复合溶液的制备称取适量四水合钼酸铵、六水合硝酸铈和一水合柠檬酸，加入去离子水并在室温下进行搅拌直至溶液呈澄清透明状；然后称取适量氧氯化锆和六水合硝酸镍，加入去离子水并滴加适量浓磷酸，进行搅拌直至溶液呈澄清透明状；将前驱体溶液加入助催化剂溶液，混合搅拌均匀直至溶液呈澄清透明状，得到活性组分和助催化剂前驱体复合溶液。其中，四水合钼酸铵/一水合柠檬酸/去离子水的质量比为1：4：5；氧氯化锆/去离子水/浓磷酸的质量比为1：5：2。(5)催化剂制备将步骤(3)制得的多孔陶瓷膜载体浸渍于步骤(4)制得的活性组分和助催化剂前驱体复合溶液后，置于烘箱中80℃保温12h干燥，然后置于马弗炉中二次煅烧，得到多孔陶瓷膜多孔陶瓷膜催化剂。优选：步骤(1)中所述的铁源粉料为九水合硝酸铁，粒度为100目以下。优选：步骤(2)中所述的成型剂溶液为质量分数是7%的聚氧化乙烯溶液。优选：步骤(3)中所述的加压压力为8~9MPa，保压时间为5min；煅烧温度为900~1000℃，保温时间4h。优选：步骤(4)中所述的活性组分前驱体为四水合钼酸铵和六水合硝酸铈；所述的助催化剂前驱体为氧氯化锆和六水合硝酸镍。优选：步骤(4)中所述的二次煅烧温度为600~700℃，保温时间2~4h。本专利技术的催化反应条件及结果：实验装置由配气系统、流量控制(质量流量计)、气体混合器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以高炉渣为原料的多孔陶瓷膜除尘脱硝脱二噁英催化剂，其特征在于：该催化剂以高炉渣废渣、铁源粉料以及成型剂溶液制备而成的多孔陶瓷膜为载体，以钼铈复合氧化物为催化活性组分，镍锆复合氧化物为助催化剂；/n其中：高炉渣：铁源粉料：成型剂溶液：催化活性组分：助催化剂之间的质量比为70~80：10~20：10：10~30：1~5。/n

【技术特征摘要】
1.一种以高炉渣为原料的多孔陶瓷膜除尘脱硝脱二噁英催化剂，其特征在于：该催化剂以高炉渣废渣、铁源粉料以及成型剂溶液制备而成的多孔陶瓷膜为载体，以钼铈复合氧化物为催化活性组分，镍锆复合氧化物为助催化剂；
其中：高炉渣：铁源粉料：成型剂溶液：催化活性组分：助催化剂之间的质量比为70~80：10~20：10：10~30：1~5。


2.根据权利要求1所述的多孔陶瓷膜催化剂，其特征在于：活性组分中氧化铈和三氧化钼的质量比为1：(2~4)；助催化剂中氧化镍和氧化锆的质量比为1：(1~4)。


3.根据权利要求1所述的多孔陶瓷膜催化剂，其特征在于：所述的铁源粉料为九水合硝酸铁；所述的成型剂溶液为质量分数为7%的聚氧化乙烯溶液；所述的活性组分前驱体为四水合钼酸铵和六水合硝酸铈；所述的助催化剂前驱体为氧氯化锆和六水合硝酸镍。


4.根据权利要求1所述的多孔陶瓷膜催化剂，其特征在于：该催化剂是通过如下方法制备得到：
（1）多孔陶瓷膜载体的制备
将高炉渣废渣和铁源粉料分别粉碎过筛后混匀，之后加入成型剂溶液进行造粒，将造粒后的泥料加入模具中加压后保压，制得陶瓷坯体后置于马弗炉中煅烧，得到多孔陶瓷膜载体；

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：南京溙科新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32