一种高负载量中低温铁基脱硝催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高负载量中低温铁基脱硝催化剂及其制备方法，属于脱硝催化剂领域。所述催化剂的Fe2O3负载量为5

【技术实现步骤摘要】
一种高负载量中低温铁基脱硝催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及脱硝催化剂领域，尤其涉及一种高负载量中低温铁基脱硝催化剂。
[0002]本专利技术涉及所述高负载量中低温铁基脱硝催化剂的制备方法。

技术介绍

[0003]氮氧化物(NOx)的大量排放，严重破坏了生态环境，极大地危害了人类健康。有效控制氮氧化物排放是目前环保领域的重要任务。氨气选择性催化还原(SCR)法是目前使用最为普及的脱硝技术。钒钛系催化剂脱硝活性高、抗硫性好，是目前使用最多的SCR催化剂。但是钒钛系催化剂存在的问题是五氧化二钒毒性较大，被列入危废。
[0004]而铁基催化剂更加廉价、绿色环保，且具有良好的脱硝活性和抗SO2性能，是传统钒钛系催化剂理想替代品。
[0005]负载型催化剂制备工艺简单，载体选取灵活多样，是一种常见的催化剂类型。专利CN110252387B公开了一种负载型中高温脱硝的铁基催化剂及其制备方法和应用。遗憾的是，铁基催化剂用于中低温脱硝的时候，随着烟气温度的降低，脱硝活性降低明显。在不增加催化剂用量的情况下，提高活性组分的负载量是提高烟气脱硝率的有效方法。研究表明，铁基催化剂的脱硝活性在负载量10～14wt％时达到最优。
[0006]浸渍法是常用的负载型催化剂制备方法。采用浸渍法制备铁基催化剂面临的困难是：如果选用溶解度高的硝酸铁、硫酸铁等，制备过程将产生大量的氮氧化物、二氧化硫；如果选用对环境友好的有机酸铁盐，则溶解度偏低，难以达到较高的负载量，需要多次浸渍处理。值得注意的是，涂覆法也是一种常用的负载型催化剂制备方法，其区别在于，浸渍法是主要将活性组分添加到载体的内部孔隙，而涂覆法是将催化剂的活性组分添加在载体的外表面。如果能够将活性组分铁元素同时添加在载体的内部孔隙和外表面，则可以得到更高负载量的铁基催化剂。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种高负载量中低温铁基脱硝催化剂及其制备方法，既能有效填充载体内部孔隙，又能有效粘附载体外表面，所得的催化剂活性组分负载量可高达16％，磨损率低至0.07％/Kg，在250℃下脱硝活性可高达88％。
[0008]为实现以上目的，本专利技术采用以下具体技术方案：
[0009]一种高负载量中低温铁基脱硝催化剂，所述催化剂的Fe2O3负载量为5
‑
16％；磨损率小于0.12％/Kg；250℃下脱硝活性为75
‑
88.2％。
[0010]优选地，所述催化剂的Fe2O3负载量为7.8
‑
12.5％；磨损率小于0.07％/Kg；250℃下脱硝活性为82.5
‑
88.2％。
[0011]本专利技术还提供一种高负载量中低温铁基脱硝催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0012]S1：配置铁基活性组分原料并制备成熔融状前驱体负载液。
[0013]进一步地，所述铁基活性组分原料包括五水合柠檬酸铁(FeC6H5O7·
5H2O)和一水
柠檬酸(C6H8O7·
H2O)。
[0014]优选地，所述五水合柠檬酸铁和一水柠檬酸的质量比为1.0:0.8～4.0；更优选地，所述五水合柠檬酸铁和一水柠檬酸的质量比为1.0:0.9～1.1。质量比越大，负载液的铁含量越高，但铁含量过高负载液的粘度急速增大，不利于负载液向载体内部孔隙的扩散填充。
[0015]进一步地，所述制备成熔融状的条件为加热并保持温度为120～145℃。
[0016]优选地，所述制备成熔融状的条件为加热并保持温度为125～135℃。
[0017]S2：保持S1中所述前驱体负载液呈熔融状，将催化剂载体在所述负载液中浸泡，所述浸泡时间优选为0.5～3h。
[0018]优选地，所述熔融状的温度是在S1的基础上保持温度为120～145℃；优选地，所述熔融状的温度是125～135℃。在该较高的熔融状温度下浸泡确保了负载液在载体内部孔隙的充分扩散填充，同时由于负载液的高粘性，同时获得了载体外表面良好的挂壁涂覆效果，大幅提高了活性组分的负载量。
[0019]可选地，所述催化剂载体包括纯二氧化钛载体、复合二氧化钛载体、分子筛载体或多孔陶瓷载体等中的一种或多种。不同载体得到的铁基催化剂脱硝活性大小依次为纯二氧化钛载体、复合二氧化钛载体、分子筛载体、多孔陶瓷载体。
[0020]优选地，所述催化剂载体在浸泡之前先进行烘干，然后再进行浸泡。优选地，所述浸泡是在负压操作下进行。优选地，所述负压操作介于0～
‑
80KPa之间；更优选地，所述负压操作为在0～
‑
80KPa之间调节压力5～8次；进一步优选地，所述负压操作为在0～
‑
60KPa之间调节压力5～8次。可以加快将载体内部孔隙的气体排出，气体排出后，回到常压或接近常压，在大气压力下，负载液快速向载体内部孔隙扩散填充。负压越低越有利于载体内部孔隙的气体排出，但过低的负压会增加柠檬酸的挥发，破坏负载液的配比。负压及多次负压调变的操作与前述较高的熔融状温度下浸泡协同发挥作用。
[0021]S3：将S2中浸泡后的催化剂载体升温并保持一段时间，将所述前驱体进行分解。
[0022]进一步地，所述升温是以0.5～2.0℃/min的速率升温至170～230℃，保持时间1～12h；优选地，所述升温为以0.5℃/min的速率升温至180～200℃，保持时间5～12h。由于前驱体的负载量大，需要在较低的温度下缓慢分解，分解速度过快不利于载体外表面负载的活性组分与载体的牢固结合。
[0023]进一步地，所述升温和保持过程中，每小时空气通入量与所述催化剂载体质量比为3～20；优选地，所述升温和保持过程中，每小时空气通入量与所述催化剂载体质量比为12～15。因为负载的一水柠檬酸、五水合柠檬酸铁的分解产物中包含一氧化碳、小分子碳氢化合物等可燃组分，通入一定量空气的目的在于将可燃组分稀释并缓慢氧化生成二氧化碳和水。通入的空气不足，不能及时将分解产物稀释并氧化；但通入过量的空气，则分解产物中的可燃组分被过渡稀释，不利于其充分氧化，同时会过多带走热量，增加能耗。
[0024]S4：将S3所得产物进行焙烧，即得。
[0025]其中，所述焙烧是以0.5～5.0℃/min的速率升温至350～550℃，保持时间1～20h。根据所用载体的耐受温度选择合适的焙烧温度和升温速率，煅烧温度越高，则用的焙烧时间越短。
[0026]进一步地，所述升温和焙烧过程中，每小时空气通入量与所述催化剂载体质量比为0.1～1.0。因为负载的五水合柠檬酸铁的分解产物中，铁的价态有两种：Fe
2+
、Fe
3+
，其中
Fe
3+
的催化活性远高于Fe
2+
。通入一定量空气的目的在于将Fe
2+
氧化成Fe
3+
。通入的空气不足，不能将Fe
2+
全部氧化成Fe本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高负载量中低温铁基脱硝催化剂，其特征在于，所述催化剂的Fe2O3负载量为5
‑
16％；磨损率小于0.12％/Kg；250℃下脱硝活性为75
‑
88.2％。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂的Fe2O3负载量为7.8
‑
12.5％；磨损率小于0.07％/Kg；250℃下脱硝活性为82.5
‑
88.2％。3.一种高负载量中低温铁基脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：配置铁基活性组分原料并制备成熔融状前驱体负载液；S2：保持S1中所述前驱体负载液呈熔融状，将催化剂载体在所述负载液中浸泡；S3：将S2中浸泡后的催化剂载体升温并保持一段时间，将所述前驱体进行分解；S4：将S3所得产物进行焙烧，即得。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述S1满足以下条件中的一个或多个：a.所述铁基活性组分原料包括五水合柠檬酸铁和一水柠檬酸；b.所述制备成熔融状的条件为加热并保持温度为120～145℃。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备成熔融状的条件为加热并保持温度为125～135℃。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述五水合柠檬酸铁和一水柠檬酸的质量比为1.0:0.8～4.0；优选地，所述五水合柠檬酸铁和一水柠檬酸的质量比为1.0:0.9～1.1。7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述S2满足以...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄张根，侯启雄，韩小金，侯亚芹，曾泽泉，崔燕，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：