一种生物炭基负载型催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种生物炭基负载型催化剂及其制备方法与应用，所述生物炭基负载型催化剂包括载体和活性组分；所述载体包括改性生物炭；所述活性组分包括类钙钛矿型氧化物；以载体质量为100％计，所述活性组分的含量为5

【技术实现步骤摘要】
一种生物炭基负载型催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于固废资源化利用和污染物控制
，涉及一种用于烟气脱硝的催化剂，尤其涉及一种生物炭基负载型催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着工业化及城市化进程的推进，大气污染引发的一系列环境问题已日渐突显，尤其是NOx排放引发的酸雨、光化学烟雾和PM2.5等污染严重影响人体健康及生态环境。随着对环境质量需求的提高，针对火电厂和轻型机动车等NOx排放制定了严格的法规和控制政策，对应的亟需开发高效的氮氧化物排放控制技术。氨法选择性催化还原是氮氧化物控制系统中应用最广泛的技术，而催化剂是该技术的核心，目前应用较为成熟的是钒钛系催化剂，但该催化剂的操作温度范围偏高，在300～400℃才表现出较高的催化活性，而且钒还具有生物毒性，会对环境造成二次污染。而且，对于经除尘、脱硫工序后烟气温度较低的区域，或者如炼钢厂或水泥厂等烟气温度较低的场合，钒钛系催化剂活性较低，因此，开发具有高催化活性且环境友好的低温脱硝催化剂对NH3‑
SCR技术系统至关重要。
[0003]众多科研工作者以及企业一直致力于低温脱硝催化剂的开发及应用，CN110508274A公开了一种改性生物炭低温脱硝催化剂及其应用，所述改性生物炭低温脱硝催化剂的制备方法包括如下步骤：A、将生物炭在氧化氛围下进行预氧化处理，得炭载体；B、将炭载体在金属盐溶液中超声浸渍，然后烘干；C、烘干后的物料在氧化氛围下低温煅烧，得改性生物炭脱硝催化剂。该专利通过氧化气氛预氧化—金属盐溶液超声浸渍—低温氧化气氛煅烧获得催化剂，使得催化剂在低温条件下(100
‑
200℃)有较高的脱硝率。
[0004]CN 113083320A公开了一种低温SCR脱硝催化剂及其制备方法，所述催化剂包括复合载体和过渡金属氧化物；所述过渡金属氧化物中过渡金属元素的负载量为复合载体重量的5wt％～20wt％。所述制备方法包括如下步骤：(1)称取及配制：分别称取FCC废催化剂、生物炭和过渡金属盐，配制过渡金属盐水溶液；(2)浸渍：将称取的FCC废催化剂和生物炭分散到过渡金属盐水溶液中，再添加去离子水，搅拌均匀，充分浸渍；(3)干燥：取出步骤(2)所得混合物置于干燥仪器中蒸干；(4)焙烧：将干燥后的样品置于惰性气氛下焙烧，然后炉冷至常温，即得低温SCR脱硝催化剂。该专利提供的低温SCR脱硝催化剂在低温条件下有较好的脱硝性能。
[0005]上述专利利用生物炭作为载体并负载活性组分的脱硝催化剂在应用中也取得了一定效果，在低温下具有较好的脱硝性能，但是低温操作条件下烟气中有水和硫的存在，会导致体系中易生成(NH4)2SO4/NH4HSO4以及金属硫酸盐会破坏催化剂的活性位，进而影响催化剂的催化活性和脱硝性能。
[0006]鉴于上述技术存在的问题，如何实现低温脱硝催化剂的高催化活性、良好的抗水抗硫性能以及环境友好，成为本领域技术人员迫切需要解决的问题。因此，有必要开发一种生物炭基负载型催化剂，既可以解决废弃生物质的资源化利用问题，又可以解决工业烟气中氮氧化物引起的污染问题，还能保持相关行业的可持续发展。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种生物炭基负载型催化剂及其制备方法与应用。所述制备方法是利用生物质资源获得生物炭载体，并负载类钙钛矿型氧化物活性组分，最终获得负载型低温脱硝催化剂，用于工业烟气中氮氧化物的脱除，在降低大气中氮氧化物污染物排放的同时，实现生物质的资源化利用。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种生物炭基负载型催化剂，所述生物炭基负载型催化剂包括载体和活性组分；
[0010]所述载体包括改性生物炭；所述活性组分包括类钙钛矿型氧化物；
[0011]以载体质量为100％计，所述活性组分的含量为3
‑
50wt％，例如可以是3wt％、5wt％、10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％或50wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0012]本专利技术提供的生物炭基负载型催化剂以改性生物炭为载体，利用其丰富的表面含氧官能团结构，通过定向修饰强化表面酸性含氧基团及活性位点，促进NH3的吸附以及活性位的均匀分布，该载体可兼顾作为催化剂的催化活性；利用生物炭的多孔隙结构，作为载体的结构特征，使反应热被及时导出以避免催化剂的热分裂，可避免活性组分在反应过程中烧结以进一步提高催化剂的稳定性。此外，生物炭材料是通过废弃生物质快速热裂解或气化制备而成，生物质原料具有储量大、成本低以及CO
2“零排放”的优势，在制备炭材料的同时可实现废弃生物质的资源化利用。
[0013]本专利技术提供的生物炭基负载型催化剂以类钙钛矿型氧化物为活性组分，充分利用该类氧化物具有的氧化还原性能易调控、表面呈酸性且均匀分散、结构稳定、耐高温烧结、化学吸附能力强等优势，灵活调控氧化物的组成，通过掺杂以调变氧化物的氧化还原性和酸性位点，强化对NH3‑
SCR脱硝反应过程的反应活性以及催化剂抗硫抗水性能的稳定催化能力。
[0014]所述类钙钛矿型氧化物的结构式为ABO3。
[0015]本专利技术提供的活性组分为具有ABO3结构的类钙钛矿型氧化物，基于氧化物结构的容限因子(r
A
、r
B
分别代表ABO3立方结构中顶点位置和体心位置处两种阳离子A、B的平均离子半径，r
O
为面心位置处氧离子的平均离子半径，当0.77≤t≤1.1时，材料呈现类钙钛矿型氧化物结构)选择元素。
[0016]优选地，所述A元素包括稀土元素和/或碱土金属元素。
[0017]优选地，所述A元素包括La、Sr或Ce中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括La、Sr和Ce的组合，La和Sr的组合，La和Ce的组合，或Sr和Ce的组合。
[0018]优选地，所述B元素包括过渡金属离子中的一种或至少两种的组合。
[0019]优选地，所述B元素包括Mn、Cu、Fe、Co、Ti或Ni中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括Mn、Cu、Fe、Co、Ti和Ni的组合，Mn、Cu、Fe和Ni的组合，Fe、Co、Ti和Ni的组合，Mn、Cu、Fe和Co的组合，或Cu、Fe和Ni的组合。
[0020]优选地，以载体质量为100％计，所述活性组分的含量为5
‑
20wt％，例如可以是5wt％、8wt％、10wt％、12wt％、14wt％、16wt％、18wt％或20wt％，但不限于所列举的数值，
数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]第二方面，本专利技术提供了一种第一方面提供的生物炭基负载型催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0022](1)将生物炭依次进行酸改性以及氧化改性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物炭基负载型催化剂，其特征在于，所述生物炭基负载型催化剂包括载体和活性组分；所述载体包括改性生物炭；所述活性组分包括类钙钛矿型氧化物；以载体质量为100％计，所述活性组分的含量为3
‑
50wt％。2.根据权利要求1所述的生物炭基负载型催化剂，其特征在于，所述类钙钛矿型氧化物的结构式为ABO3；优选地，所述A元素包括稀土元素和/或碱土金属元素；优选地，所述A元素包括La、Sr或Ce中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述B元素包括过渡金属离子中的一种或至少两种的组合；优选地，所述B元素包括Mn、Cu、Fe、Co、Ti或Ni中的任意一种或至少两种的组合；优选地，以载体质量为100％计，所述活性组分的含量为5
‑
20wt％。3.一种如权利要求1或2所述生物炭基负载型催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将生物炭依次进行酸改性以及氧化改性后得到改性生物炭；(2)通过浸渍法将类钙钛矿型氧化物以及步骤(1)所得改性生物炭进行混合，得到催化剂前驱体；(3)将步骤(2)所得催化剂前驱体依次经过烘干与焙烧后得到所述生物炭基负载型催化剂。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述酸改性中使用的酸液包括硫酸、硝酸或磷酸中的任意一种，优选为硝酸；优选地，所述酸液的浓度为20
‑
60wt％；优选地，步骤(1)所述酸改性的时间为1
‑
8h；优选地，步骤(1)所述酸改性温度为50
‑
90℃。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氧化改性中的气体包括水蒸气、二氧化碳、氧气或空气中的任意一种，优选为空气；优选地，所述空气的流量为50
‑
300mL/min；优选地，所述氧化改性的温度为250
‑
400℃；优选地，所述氧化改性的时间为0.5
‑
3h。6.根据权利要求3
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述类钙钛矿型氧化物与改性生物炭的质量比为(3
‑
50)：100；优选地，步骤(2)所述类钙钛矿型氧化物与改性生物炭的质量比为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李松庚，郝丽芳，范孝雄，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：