一种低温锰基催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种低温锰基催化剂及其制备方法和应用。其制备方法为：称取乙酸锰、硝酸铈铵加入无水乙醇中，搅拌均匀形后，加入硅酸四乙酯，再次搅拌形成的均匀混合溶液，然后加入过量的氨水形成沉淀。所得沉淀经陈化过夜后洗涤、干燥、焙烧，得到Mn

【技术实现步骤摘要】
一种低温锰基催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化剂
，具体涉及一种低温锰基催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氮氧化物（NO
x
）是造成光化学烟雾、酸雨和灰霾的重要原因，控制NO
x
的排放成为环境保护领域面临的一个重大挑战。
[0003]NH3选择性催化还原NO
x
（NH3‑
SCR）技术广泛应用于燃煤电厂、工业锅炉等固定源脱硝，是国际上应用最广泛最有效的烟气脱硝技术。该技术是在催化剂的作用下将烟气中的NO
x
选择性的还原为N2和H2O。传统的钒基催化剂V2O5‑
WO3‑
TiO2作为一种商业催化剂广泛应用于燃煤电厂等固定源脱硝领域，然而其活性温度较高（300
‑
400℃），需将SCR装置安装在除尘脱硫之前，但燃煤电厂等电力行业烟气中含有大量的飞灰和SO2，钒基催化剂容易中毒堵塞，致使其活性下降。而非电力行业（玻璃陶瓷、水泥、钢铁冶金等）的工业锅炉设备烟气的排放温度通常为120℃ ~300℃，难以直接使用电厂中温（300~400℃）NH3‑
SCR催化工艺对NO
x
排放进行控制；同时，钒具有一定的生物毒性。因此，开发具有优异催化性能的非钒氧化物的低温NH3‑
SCR催化剂具有重要意义。
[0004]在NH3‑
SCR催化剂中，锰基、铁基和铈基氧化物是目前最受关注的三种具有代表性的非钒氧化物催化剂，而锰基催化剂以其优异的低温活性，受到广泛研究。然而，纯MnO
x
催化剂存在工作温度窗口窄、N2选择性差、抗SO2能力差等缺点，限制了其实际应用。因此，对锰基催化剂进行改进，改善其低温活性、拓宽温度窗口、提高脱硝效率和抗SO2中毒能力，满足在固定源领域的应用需求是当前的重要研究内容。

技术实现思路

[0005]针对现有技术不足，本专利技术的目的之一在于提供一种低温锰基催化剂，旨在解决现有锰基催化剂在低温段（100~250℃）的N2选择性差，NO
x
转化率不足等技术问题。
[0006]为实现上述技术目的，采用以下技术方案：一种低温锰基催化剂的制备方法包括以下步骤：（1）制备Mn
a
Ce
b
Si
c
O
x
催化剂。
[0007]采用共沉淀合成法制备Mn
a
Ce
b
Si
c
O
x
催化剂，包括如下步骤：A、将乙酸锰、硝酸铈铵、硅酸四乙酯溶于乙醇溶液中，加过量氨水进行共沉淀反应。
[0008]B、将步骤A中得到的沉淀产物经洗涤、干燥、焙烧，得到Mn
a
Ce
b
Si
c
O
x
催化剂。
[0009]步骤A中，所述氨水质量分数为30%；步骤A中，所述乙酸锰、硝酸铈铵、硅酸四乙酯中Mn、Ce、Si的摩尔比为a:b:c=2~7:1~7:1~5。
[0010]步骤B中，所述搅拌时间为2
‑
10h，例如搅拌时间为2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、
10h。
[0011]步骤B中，所述干燥是在烘箱中进行的，所述干燥的温度为60~110℃，例如干燥温度为60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃，所述干燥时间为2~24h，例如干燥时间为2h、4h、6h、8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h。
[0012]步骤B中，所述焙烧是在马弗炉中进行的，所述焙烧温度为300~600℃，例如焙烧温度为300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃，所述焙烧时间为2~8h，例如焙烧时间为2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h。
[0013]（2）将步骤（1）制备的Mn
a
Ce
b
Si
c
O
x
催化剂加入无机酸搅拌、干燥后，在空气气氛下焙烧，得到酸改性的锰基催化剂。
[0014]步骤（2）中，所述干燥是在烘箱中进行的，所述干燥温度为60~110℃，例如干燥温度为60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃，所述干燥时间为2~24h，例如干燥时间为2h、4h、6h、8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h。
[0015]步骤（2）中，所述焙烧是在马弗炉中进行的，所述焙烧温度为300~600℃，例如焙烧温度为300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃，所述焙烧时间为2~8h，例如焙烧时间为2h、3 h、4 h、5h、6 h、7h、8 h。
[0016]本专利技术的所提供的低温锰基催化剂应用于低温NH3‑
SCR过程催化净化NO
x
，具有优异的活性。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有的优点为：（1）低温锰基催化剂在110~260℃的温度范围具有近90%的净化效率，操作温度窗口宽。
[0018]（2）本专利技术的Mn
a
Ce
b
Si
c
O
x
催化剂中金属氧化物被硫酸化后，形成表面硫酸盐。此时硫酸盐作为酸性位点和金属氧化物作为氧化还原位点发生协同作用。硫酸化复合金属氧化物可以促进金属位点的氧化还原循环，增加活性氧的储存，并且可以有效的促进NH3和NO的吸附能力，可以有效的减少NO
x
的。此外，对催化剂进行酸改性，使部分金属氧化物硫酸化，降低其氧化还原性能，提高了催化剂的氮气选择性，但是低温性能会有所下降，另外，酸改性还能提高催化剂的酸性位，有利于氨气的吸附，从而提高催化剂的高温性能。
附图说明
[0019]图1为Ce/Si比对NO
x
转化率的影响；图2为Mn/Ce比对NO
x
转化率的影响；图3为酸化对NO
x
转化率的影；图4为催化剂的N2选择性。
[0020]具体实施列实施例1本实施例的低温锰基催化剂的制备方法包括以下步骤：将乙酸锰、硝酸铈铵溶于乙醇溶液中搅拌4h，形成均匀混合溶液后加入硅酸四乙酯继续搅拌0.5h，然后逐滴加入过量氨水进行共沉淀反应，调节pH到11，所得沉淀陈化过夜12h，然后后经去离子水洗涤，110℃烘箱中干燥12h，在空气气氛下马弗炉中450℃焙烧4h，得到Mn
a
Ce
b
Si
c
O
x
催化剂，所述Mn：Ce：Si摩尔比为4：1：5。
[0021]实施例2本实施例与实施例1不同之处为，所述Mn：Ce：Si摩尔比为4：2：4。
[0022]实施例3本实施例与实施例1不同之处为，所述Mn：Ce：Si摩尔比为4：3：3。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温锰基催化剂，其特征在于，所述催化剂为Mn
a
Ce
b
Si
c
O
x
，所述催化剂进行无机酸的酸化，以所述Mn
a
Ce
b
Si
c
O
x
催化剂的质量为100%计，所述无机酸组分的质量为0.5%~15%，其中a:b:c为2~7:1~7:1~5。2.根据权利要求1所述的低温锰基催化剂，其特征在于，所述催化剂为共沉淀方法制备的Mn
a
Ce
b
Si
c
O
x
催化剂。3.根据权利要求1所述的低温锰基催化剂，其特征在于，所述无机酸为硫酸、磷酸中的一种。4.一种如权利要求1或2所述的低温锰基催化剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：（1）制备Mn
a
Ce
b
Si
c
O
x
催化剂；（2）将步骤（1）制得的Mn
a
Ce
b
Si
c
O
x
催化剂加入无机酸中搅拌均匀，干燥后在空气气氛下焙烧，得到酸改性的低温锰基催化剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）采用共沉淀法制备Mn
a
Ce
b
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱娜，王帅，李帅，程扬健，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：