一种低温CO还原脱硝V/AC催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种低温CO还原脱硝V/AC催化剂及其制备方法与应用，属于烟气净化技术领域。本发明专利技术将椰壳活性炭颗粒加入到硝酸溶液中活化得到AC载体，将AC载体加入到VOSO

【技术实现步骤摘要】
一种低温CO还原脱硝V/AC催化剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种低温CO还原脱硝V/AC催化剂及其制备方法与应用，属于烟气净化

技术介绍
活性炭作为一种金属氧化物催化剂载体，具有巨大比表面积、丰富孔径结构、稳定化学性质和良好吸附性能，同时还具有强度高、易于再生等优点。活性炭为载体所制备的催化剂已广泛用于炼油、化工、农业等各领域。活性炭因其材质不同所具有的表面物理化学性质也不同，导致所制备的催化剂性能存在较大差异。空气污染物中，固定源和流动源所产生的氮氧化物(NOx)引起了许多环境问题，例如酸雨和光化学烟雾。目前氨气选择性催化还原(NH3-SCR)脱硝技术已经成为除去NOx最有效的途径之一，但是该技术具有局限性，例如NH3泄漏、催化剂中毒、管道腐蚀和空气预热器堵塞。因此必须寻找一种替代NH3-SCR的方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有烟气脱硝技术中NH3-SCR工艺存在的问题，提供一种低温CO还原脱硝V/AC催化剂及其制备方法与应用，本专利技术以廉价的椰壳活性炭为载体，采用五价钒为主的钒氧化物作为活性组分，实现以CO为还原剂，在低温条件下对NOx脱除；可解决现有烟气脱硝NH3-SCR催化剂在低温条件下脱硝率不高、孔道易堵塞、易中毒等问题。一种低温CO还原脱硝V/AC催化剂，包括硝酸活化的椰壳活性炭载体和钒氧化物活性组分，其中钒元素与椰壳活性炭的质量比为5～15％；V/AC催化剂低温催化CO还原脱硝；若钒元素质量比过大，活性组分钒氧化物会发生团聚现象导致孔道堵塞和活性位点被覆盖，引起活性位点不足导致催化剂脱硝活性降低；所述低温CO还原脱硝V/AC催化剂的制备方法，具体步骤如下：(1)将椰壳活性炭加入到去离子水中，在温度为60～80℃下超声处理2～3h，过滤干燥，然后再加入到硝酸溶液中，在温度为60～80℃下活化2～3h，经去离子水洗涤至中性，鼓风干燥，即得活性炭载体AC；(2)将步骤(1)活性炭载体AC加入到VOSO4溶液中浸渍，再在温度为60～80℃下超声处理2～3h，固液分离，固体经温度为100～110℃、空气氛围下干燥12～24h得到V/AC催化剂前驱体；(3)在氮气保护下，将步骤(2)V/AC催化剂前驱体置于温度为450～550℃下焙烧4～5h得到低温CO还原脱硝V/AC催化剂。所述步骤(1)硝酸溶液浓度为3～4mol/L。以活性炭载体AC的质量为100％计，步骤(2)VOSO4中V元素的质量分数为5～15％。所述催化剂作为低温催化剂在烟气脱硝NOx中的应用：CO为还原剂，催化温度为100～220℃；采用CO作为还原气体，还可解决传统还原剂NH3易逃逸问题。本专利技术椰壳活性炭采用硝酸活化，可大幅改善椰壳活性炭表面官能团，增大比表面积，改善活性炭内部孔容孔径；超声浸渍方法，可有效保证钒元素在催化剂表面分散性，有效减少钒氧化物群聚现象，从而确保其具有脱硝活性高、氮选择性好等特点；将浸渍后活性炭在N2气氛保护下进行焙烧，使硫酸氧钒前驱物转化成五价钒为主的氧化物。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术以廉价的椰壳活性炭为载体，采用五价钒为主氧化物作为活性组分，实现以CO为还原剂，在低温条件下对NOx脱除；可解决现有烟气脱硝中NH3-SCR催化剂在低温条件下脱硝率不高、孔道易堵塞、易中毒等问题；(2)本专利技术低温CO还原脱硝V/AC催化剂具有较高脱硝效率和良好氮选择性，在催化温度100～220℃下，NOx的转化率可达到99.3％；(3)本专利技术采用硝酸活化椰壳活性炭，改善椰壳活性炭表面活性官能团，增大比表面积，改善活性炭内部孔容孔径；AC载体经硝酸法活化与超声浸渍活性成分，可大幅提高V/AC催化剂表面钒氧化物分散性；(4)本专利技术采用CO代替传统NH3作为还原气体，可解决NH3易逃逸、造成管道阻塞、污染环境等问题，也可避免NH3与烟气中的SO3反应生成硫酸铵盐腐蚀下游设备等问题。附图说明图1为实施例1的V负载量催化剂(5V/AC)SEM图；图2为实施例2的V负载量催化剂(10V/AC)SEM图；图3为实施例3的V负载量催化剂(15V/AC)SEM图；图4为不同V负载量催化剂XRD图；图5为不同V负载量催化剂FTIR图；图6为不同V负载量催化剂脱硝率图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1：本实施例低温CO还原脱硝V/AC催化剂包括经硝酸活化的椰壳活性炭载体和V氧化物活性组分，其中V/AC催化剂中V元素与椰壳活性炭的质量比为5％，记为5V/AC，椰壳活性炭载体粒径为20～40目；一种低温CO还原脱硝V/AC催化剂的制备方法，具体步骤如下：(1)将椰壳活性炭加入到去离子水中，在温度为80℃下超声处理2h，过滤干燥，然后再加入到硝酸溶液中，在温度为80℃下活化2h，经去离子水洗涤至中性，鼓风干燥，即得活性炭载体AC；(2)将步骤(1)活性炭载体AC加入到VOSO4溶液中等体积浸渍，再在温度为80℃下超声处理2h，固液分离，固体经温度为100℃、空气氛围下干燥24h得到V/AC催化剂前驱体；其中硫酸氧钒溶液浓度为0.990mol/L；(3)在氮气保护下，将步骤(2)V/AC催化剂前驱体以15℃/min的升温速率加热至温度为550℃下焙烧4h得到低温CO还原脱硝V/AC催化剂；本实施例5V/AC催化剂的SEM表征如图1所示，可看出，负载5％的V后活性炭依然保持基体孔径结构，V氧化物呈现大小不一的块状，附着在活性炭基体表面；本实施例5V/AC催化剂的比表面积、孔容、孔径参数如表1所示，从表1可知，5V/AC催化剂的孔径大致属于微孔，其较大比表面积有利于催化剂对气体吸附；本实施例5V/AC催化剂的XRD表征如图4所示，5V/AC催化剂表面可观察到V氧化物，分析表明：VOSO4前驱体和AC表面官能团相互作用使V+易迁移到AC孔内，减缓V氧化物在AC表面凝集长大，提高了V氧化物活性组分在AC上的分散性；且各个角度下的峰并不尖锐，说明V氧化物在AC负载的分散性比较好，对脱硝反应起促进作用；本实施例5V/AC催化剂的FTIR表征如图5所示，5V/AC催化剂在3415.71cm-1处为羧基和化学吸附水中的O-H伸缩振动吸收峰，1017.34cm-1处为内酯基不对称振动吸收峰，与此同时，在FTIR表征中发现了少量含氮官能团；将本实施例所制备的5V/AC催化剂，置于固定床脱硝反应器中，在100～220℃范围内进行脱硝，催化剂装填量为4g；脱硝实验开始前先用N2通入固定床反应器进行原位冲洗，排出反应器内其他气体；设置模拟烟气：NO为2.4ml/min，CO为16ml/min，O2为60ml/min，平衡气体为N2500ml/min；混合送入固定床反应器中，在催化剂作用下，CO将NO还原成N2；反应后的气体经过碱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温CO还原脱硝V/AC催化剂，其特征在于：包括硝酸活化的椰壳活性炭载体和钒氧化物活性组分，其中钒元素与椰壳活性炭的质量比为5～15％；V/AC催化剂低温催化CO还原脱硝。/n

【技术特征摘要】
1.一种低温CO还原脱硝V/AC催化剂，其特征在于：包括硝酸活化的椰壳活性炭载体和钒氧化物活性组分，其中钒元素与椰壳活性炭的质量比为5～15％；V/AC催化剂低温催化CO还原脱硝。


2.权利要求1所述低温CO还原脱硝V/AC催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将椰壳活性炭加入到去离子水中，在温度为60～80℃下超声处理2～3h，过滤干燥，然后再加入到硝酸溶液中，在温度为60～80℃下活化2～3h，经去离子水洗涤至中性，鼓风干燥，即得活性炭载体AC；
(2)将步骤(1)活性炭载体AC加入到VOSO4溶液中浸渍，再在温度为60～80℃下超声处理2～3h，固液分离，固体经温度为100～105℃、空气氛围下干燥12～24h得到V/A...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄帮福，王卓，施哲，杨承璐，汪德富，李露，杨征宇，代蒙，自高勇，吴松，文桢晶，李婉君，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53