一种基于梯度孔结构的粉末烧结过滤催化材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于烟气除尘脱硝一体化去除技术，尤其涉及一种基于梯度孔结构的粉末烧结过滤催化材料及其制备方法。所述过滤催化材料包括：基层和表层；所述基层具有大孔结构，大孔结构基层的表面通过粉末烧结形成具有微孔结构的表层；所述基层的大孔结构内负载有催化剂。本发明专利技术基于梯度孔结构的粉末烧结过滤催化材料对氮氧化物和氨的催化反应效果优异，能够有效实现深度脱硝；通过表层的微孔结构能够高效地过滤去除粉尘物料，并对基层以及基层上所负载的催化剂进行良好的保护，与基层配合后整体稳定性好且寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种基于梯度孔结构的粉末烧结过滤催化材料及其制备方法
本专利技术属于烟气除尘脱硝一体化去除技术，尤其涉及一种基于梯度孔结构的粉末烧结过滤催化材料及其制备方法。
技术介绍
随着工业的迅猛发展，大量化石燃料燃烧造成氮氧化物(NOx)不断增加。目前，大量的NOx排放已造成多种环境问题，诸如酸雨、臭氧破坏和地表水富营养化等。NOx的控制与治理在我国发展较晚，形势严峻。据统计，我国2010年的NOx排放量为2274万t，主要源于火电厂、机动车、水泥窑和燃煤工业锅炉等固定源。随着《大气污染防治法》和《火电厂大气污染物控制排放标准》(GB13223—2011)的实施，国内对NOx的排放控制将日趋严格。目前，火电厂燃煤锅炉烟气中氮氧化物的排放限值已由400mg/m3降至100mg/m3。作为NOx排放控制的先进技术，氨选择性催化还原法(NH3－SCR)具有高的脱硝效率，已成为国际主流脱硝技术。其中低温SCR技术由于其自身具有的优势，蕴含了潜在的巨大工业应用价值，成为了脱除氮氧化物(NOx)技术的研究热点。但从目前研究现状来看，该技术存在低温范围内催化剂活性不高，抗毒化性能差等问题，阻碍其向工业应用发展。研究发现Mn基催化剂表现出优良的低温SCR性能，且具有一定的抗毒化性能，该类催化剂还可以通过水洗再生的方法完全恢复其低温SCR活性，具有较广阔的发展空间。催化剂的活性组分是以多孔材料为负载体，这要求进入脱销单元的气体一定要进行除尘处理，否则烟气中的粉尘很容易将催化剂孔道堵塞造成催化剂失效。现在的干法脱硝工艺单元前面一般都有除尘工艺单元，除尘工艺一般采用布袋除尘或者水洗除尘，烟气在经过布袋除尘或者水洗后气体温度要大幅度降低。为减少处理过程的能耗和降低设备成本，亟待开发一种可以过滤/催化一体化的烟气脱硝方法。如中国专利局公开的：CN106423258B/用于处理废气的PGM催化剂。其采用小孔硅铝酸盐分子筛作为载体，并在其上负载铂族金属(PGM)材料，以实现对NOx的低温高效转化，实现对废气的净化，其具有良好的转化效果。基于PGM材料本身的特性，还具有良好的抗毒性。但是，该技术方案仍存在一定的缺陷性。首先，其载体和负载物的成本较高，分子筛的制备难度大且价格较为昂贵，难以适用于大规模工业化生产和使用。其次，该催化剂仍然没有和过滤过程复合起来，使用过程中颗粒物净化和脱硝反应均需要独立的作业单元，增加了设备投入和占地面积。
技术实现思路
为解决现有的催化剂材料普遍需要独立作业、难以与过滤联用，而且低温范围内催化活性低、脱硝效率较差、抗毒性差，实际废气处理效果有限，或存在部分催化剂具有良好废气处理效果，但制备难度大、制备成本高，难以甚至无法实现工业化生产等问题，本专利技术提供了一种基于梯度孔结构的粉末烧结过滤催化材料，并进一步提供了一种基于梯度孔结构的粉末烧结过滤催化材料的制备方法。本专利技术的目的在于：1)提供一种对NOx具有良好的选择催化、转化效果的催化材料；2)实现对NOx良好的选择催化、转化效果同时，具有良好的工业废气颗粒物过滤效果；3)提供上述过滤催化材料以一种简洁高效且成本较低的制备方法，适于工业化的生产。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。一种基于梯度孔结构的粉末烧结过滤催化材料，包括：基层和表层；所述基层具有大孔结构，大孔结构基层的表面通过粉末烧结形成具有微孔结构的表层；所述基层大孔结构的孔径为表层微孔结构的孔径的20～50倍；所述基层的大孔结构内负载有催化剂。在上述结构的催化材料中，首先主要以负载有催化剂的基层作为主要催化部分，对NOx具有良好催化活性，能够有效转化有害的氮氧化物，而选用具有更小孔径的梯度结构能够起到有效的过滤和分散效果，以延长催化剂的使用寿命。作为优选，所述具有大孔结构的基层由以下配比的原料混合烧结制备得到：铝粉18～22wt％，铬粉7～9wt％，造孔剂8～12wt％，成型剂1～3wt％，余量为铁粉。在上述配比中，铝粉、铬粉和铁粉的混合使用，在烧结过程中基于铁-铝和铬-铝的偏扩散反应，可以获得低曲折因子、高孔隙率的多孔结构，同时铁-铝-铬反应合成形成金属间化合物多孔材料具有优异的耐腐蚀性和力学性能。在工业废气中，该合金能够有效避免腐蚀性气体对基材产生腐蚀和破坏。此外，铝成分有利于诱导形成致密有序的超细微孔结构，对于提高表层的选择性和过滤精度，具有非常显著的效果。作为优选，具有大孔结构的基层的具体制备过程如下：将原料按配比混合，置于混合机中混合均匀，随后将混合均匀后的物料至于模具中压制成型，压制压力为150～250MPa，随后采用真空烧结方式进行烧结，烧结过程将生坯置于氧化铝模具中，以减少高温烧结所产生的变形。真空烧结过程保持设备真空度小于10-2Pa。升温过程首先升温至130～170℃保温10～20min，以去除粉料及设备环境中的水汽及其他吸附气体，随后升温至580～630℃保温1～2h，确保表层中铁、铝和铬元素的偏扩散和相变反应完全，再进一步以8～12℃/min的升温速率升温至1200～1300℃，保温1.5～2.5h，形成具有大孔结构的基层。高温烧结可以促进各元素的扩散均匀化，并形成良好的孔结构强度。同时在580～630℃保温1～2h能够确保成型剂和造孔剂的有效去除，确保后续制备效果较优、杂质量较少。作为优选，所述成型剂为硬脂酸，PEG，PVB，PVA等中的一种或几种；所述造孔剂为碳酸铵、尿素、硫酸钾等中的一种或几种。上述的成型剂和造孔剂均为常见且容易获得的成型剂和造孔剂，并且用于本专利技术技术方案具有良好的适用性。作为优选，所述具有大孔结构的基层为板状或片状或管状，厚度为2～5mm，其孔径为5～100μm，平均孔径≥50μm，为获得上述孔径，所用的粉末直径为Fe粉150～200目，Al粉200～325目，Cr粉350～450目。上述铁粉为电解铁粉，铝粉为气雾化铝粉，铬粉为机械破碎粉。板状或片状或管状的支撑体均能够良好地适用于现有各工业废气净化装置使用，其中以板状或管状最优。上述微孔孔径有利于催化剂的负载，形成较大的比表面积，有利于废气与催化剂的充分接触，提高NOx等有害成分的催化转化率，并且负载后留有较大的空间、能够确保不产生额外的过滤压差。作为优选，粉末烧结采用涂浆烧结的方式进行。采用与支撑体成分相同的铁粉、铬粉和铝粉的混合粉末制备梯度层所需的浆料。首先与基体相同的成分使得表层在烧结制备过程中能与基材产生良好的冶金结合；另一方面，上述配料烧结制备所得的表层也同样具有良好的力学性能和耐腐蚀性。所述铁粉700～900目，铝粉1200～1700目，铬粉1200～1700目。所述铁粉为电解铁粉，铝粉为气雾化铝粉，铬粉为机械破碎粉。所述调制浆料的液体介质为乙醇，乙醇添加量为金属粉末质量的30～40％。乙醇添加量过高或者过低则不利于喷涂操作，添加量过高时粉末料浆过稀，难以形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于梯度孔结构的粉末烧结过滤催化材料，其特征在于，包括：/n基层和表层；/n所述基层具有大孔结构，大孔结构基层的表面通过粉末烧结形成具有微孔结构的表层；/n所述基层的大孔结构内负载有催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于梯度孔结构的粉末烧结过滤催化材料，其特征在于，包括：
基层和表层；
所述基层具有大孔结构，大孔结构基层的表面通过粉末烧结形成具有微孔结构的表层；
所述基层的大孔结构内负载有催化剂。


2.根据权利要求1所述的一种基于梯度孔结构的粉末烧结过滤催化材料，其特征在于，
所述具有大孔结构的基层由以下配比的原料混合烧结制备得到：
铝粉18～22wt%，铬粉7～9wt%，造孔剂8～12wt%，成型剂1～3wt%，余量为铁粉。


3.根据权利要求2所述的一种基于梯度孔结构的粉末烧结过滤催化材料，其特征在于，
所述成型剂为硬脂酸，PEG，PVB，PVA等中的一种或几种；
所述造孔剂为碳酸铵、尿素、硫酸钾等中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的一种基于梯度孔结构的粉末烧结过滤催化材料，其特征在于，
所述具有大孔结构的基层为板状或片状或管状，厚度为2～5mm，其孔径为5～100μm，平均孔径≥50μm。


5.根据权利要求1所述的一种基于梯度孔结构的粉末烧结过滤催化材料，其特征在于，
粉末烧结采用涂浆烧结的方式进行。


6.根据权利要求1或5所述的一种基于梯度孔结构的粉末烧结过滤催化材料，其特征在于，
所述表层微孔结构的孔径为0.1～10μm。


7.根据权利要求1所述的一种基于梯度孔结构的粉末烧结过滤催化材料，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张惠斌，王龙飞，余航，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33