一种高性能Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分催化剂制备及用途制造技术

本发明专利技术提供了一种选择性催化还原氮氧化物的Fe

【技术实现步骤摘要】
一种高性能Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分催化剂制备及用途


[0001]本专利技术属于催化剂制备及应用领域，涉及SCR(选择性催化还原法，Selective Catalytic Reduction,SCR)脱硝催化剂制备及应用，具体涉及一种高性能Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分NH
3-SCR催化剂、制备及其用途。

技术介绍

[0002]氮氧化物是大气中的主要污染物之一，它能够产生光化学烟雾、热岛效应、酸雨、地面臭氧浓度过高和危害人和动物的健康等。我国已明确将NO
x
的排放作为重点控制的污染物之一，并相应地对排放大户如火电行业和机动车行业提出了更高的氮氧化物控制要求。NO
x
的排放主要来源两个方面，即固定源如燃煤电厂、水泥厂、玻璃窑炉等和移动源如机动车、大型柴油机等。由于对脱硫要求的进一步严格，排放的烟气温度低于300℃而商业化的NH
3-SCR催化剂V2O
5-WO3/TiO2和V2O
5-MoO3/TiO2，其工作窗口温度为300-400℃，这就使得成熟的SCR技术难以使用。且商业化NH
3-SCR催化剂存在以下缺点：V2O5具有生物毒性；操作温度窗口较窄(350-400℃)；高温时选择性低；热稳定性差。为解决商业化NH
3-SCR催化剂存在的缺点，致力于研发环境友好、宽操作温度窗口、高温时选择性和热稳定好的低温NH
3-SCR脱硝催化剂是发展趋势所在。目前，铜基氧化物催化剂在NH
3-SCR反应中表现出优异的低温脱硝性，然而，这类催化剂在抗H2O和SO2中毒能力较弱，大大限制了其应用。因此，开发具有自主知识产权的低成本且保持催化剂高活性﹑高稳定性﹑高抗硫抗水性能的脱硝催化剂，已经成为当前选择性催化脱硝研究领域的热点问题了。近年来，含锰的NH
3-SCR催化剂受到越来越多研究者的关注，主要是其在80-200℃范围内表现出优异的低温活性，但是它的抗水抗硫能力较差。
[0003]近年来，不少研究工作表明Ce-Ti氧化物在NH
3-SCR反应中具有很高的活性和选择性，然而Ce-Ti氧化物催化剂的低温活性较差，这也限值了其在低温区域的实际应用。此外，Fe元素也是常见的低温脱硝催化剂组分。基于TiO2具有的优异抗SO2中毒性能而广泛应用于燃煤电厂烟气脱硝催化剂中，CeO2由于具有优异的储释氧能力而被广泛应用于催化领域。因此，采取合适的制备方法将这四种元素结合起来，不失为提高脱硝催化剂抗硫抗水性能和拓宽脱硝操作温度窗口的一条有效途径。
[0004]欧阳峰等(专利CN104289227A)提供了一种低温烟气脱硝用四组分NH
3-SCR负载型金属催化剂及其制备方法，该方法先制备了纳米TiO2，然后再负载三种金属Co﹑Ce﹑Mn，但这种方法存在负载不均匀，金属间的作用较差等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有选择性催化还原氮氧化物的Ce-Ti氧化物催化剂的低温活性较差的劣势，锰基氧化物催化剂抗H2O和SO2中毒能力较弱等问题，提供一种简便的以钛酸正丁酯为钛源，并添加微量的Fe﹑Ce和Mn制备高性能Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分Fe
m-Ce
n-Mn
0.1-m-n
O
x-TiO2复合金属氧化物的NH
3-SCR催化剂。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分催化剂，述Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分催化剂结构为Fe
m-Ce
n-Mn
0.1-m-n
O
x-TiO2，其中：0＜m≤0.050，0＜n≤0.025。
[0008]作为本技术方案的进一步优选的：所述Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分催化剂结构为Fe
m-Ce
n-Mn
0.1-m-n
O
x-TiO2，其中：m＝0.03,n＝0.015。
[0009]为了保持较好的抗硫抗水性，二氧化钛是本专利技术Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分催化剂的主体。其他进入为掺杂：掺杂物想表现优异稳定性能，要防止淬灭、聚集等不利影响因素。同时，不同金属的掺杂量对最终的性能影响很大：金属摻杂量过多，如金属锰，锰多了氧化能力太强，不利于高温活性及抗硫性能；Ce量多有利于高温的活性，而不利于低温活性。Fe,Ce,Mn摻杂量过大，不利于抗硫，而且适宜的氧化还原能力和酸性调变难度增加了。因此，本专利技术给出了最优得催化剂结构Fe
m-Ce
n-Mn
0.1-m-n
O
x-TiO2，其中：0＜m≤0.050，0＜n≤0.025。
[0010]本专利技术另外一个目的提供一种简单易行得Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0011]S1：将钛酸正丁酯缓慢滴入的柠檬酸、乙醇、冰醋酸和去离子水的混合液中，混合均匀形成A溶液；将硝酸铈、硝酸铁和硝酸锰加入柠檬酸、乙醇、冰醋酸和去离子水的混合液中，混合均匀形成B溶液；
[0012]S2：将A溶液与B溶液混合，室温下搅拌3h，取出后静置于恒温30℃鼓风烘箱中得到干凝胶；
[0013]S3：将干凝胶置于烘箱中110℃干燥，形成催化剂前驱体；
[0014]S4：将催化剂前驱体碾磨成粉末，压片置于马弗炉中，升温烧结后自然冷却到室温，经研磨、压片后造粒，得到Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分催化剂。
[0015]本专利技术采用钛酸正丁酯作为钛源，可将Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四种金属混合的更加均匀，相互接触更好，颗粒更均匀，有利于增加催化剂的比表面积。避免了以纳米TiO2上直接负载其他三种金属所形成负载不均匀和金属间作用差的问题，提高了催化剂的整体性能。
[0016]由于钛酸正丁酯易于水解，为了防止钛酸正丁酯快速水解，将其单独分散到柠檬酸、乙醇、冰醋酸和去离子水的混合液中形成A溶液，其余硝酸盐分散形成B溶液。然后再将A溶液与B溶液混合，得到均匀的催化剂产物。
[0017]作为本技术方案的最优选方式之一：所述S2步骤中A溶液与B溶液混合条件为将B溶液缓慢滴加入A溶液中。由于钛酸正丁酯易于水解，采取将B溶液缓慢滴加到A溶液中不存在钛酸正丁酯水解过快的问题，能够制备出分散更均匀的催化剂。
[0018]作为本技术方案的进一步优选的：所述S4步骤中升温烧结的条件为：以1℃/min～10℃/min的升温速率升温至400℃～600℃，保持2～6h。
[0019]更优选的，所述S4步骤中升温烧结的条件为：以3℃/min～5℃/min的升温速率升温至500℃，保持4h。
[0020]升温速率过快，和焙烧温度过高，会使催化剂烧结。焙烧温度过低，不能形成相应的晶型，而是无定型态的物质。在1℃/min～10℃/min的升温速率升温至400℃～600℃，保持2～6h的条件下，催化剂不会出现烧结现象，能够保留比较大的比表面积。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分催化剂，其特征在于，所述Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分催化剂结构为Fe
m-Ce
n-Mn
0.1-m-n
O
x-TiO2，其中：0＜m≤0.050，0＜n≤0.025。2.根据权利要求1所述Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分催化剂，其特征在于，所述Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分催化剂结构为Fe
m-Ce
n-Mn
0.1-m-n
O
x-TiO2，其中：m＝0.03,n＝0.015。3.一种根据权利要求1所述Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将钛酸正丁酯缓慢滴入的柠檬酸、乙醇、冰醋酸和去离子水的混合液中，混合均匀形成A溶液；将硝酸铈、硝酸铁和硝酸锰加入柠檬酸、乙醇、冰醋酸和去离子水的混合液中，混合均匀形成B溶液；S2：将A溶液与B溶液混合，室温下搅拌3h，取出后静置于恒温30℃鼓风烘箱中得到干凝胶；S3：将干凝胶置于烘箱中110℃干燥，形成催化剂前驱体；S4：将催化剂前驱体碾磨成粉末，压片置于马弗炉中，升温烧结后自然冷却到室温，经研磨、压片后造粒，得到Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分催化剂。4.根据权利要求3所述Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分催化剂的制备方法，其特征在于，所述S2步骤中A溶液与B溶液混合条件为将B溶液缓慢滴加入A溶液中。5.根据权利要求3所述Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分催化剂的制备方法，其特征在于，所述S4步骤中升温烧结的条件为：以1℃/min～10℃/min的升温速率升温至400℃～600℃，保持2～6h。6.根据权利要求5所述Fe﹑Ce﹑Mn﹑Ti四组分催化剂的制备方法，其特征在于，所述S4步骤中升温烧结的条件为：以3℃/min～5℃/min的升温速率升温...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈利强，杨继明，陈丽华，朱明霞，孙晶，
申请(专利权)人：黑河学院，
类型：发明
国别省市：