一种粉煤灰基锰系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粉煤灰基锰系催化剂及其制备方法与应用，本发明专利技术将溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种粉煤灰基锰系催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于工业固体废弃物的综合利用和烟气脱硝领域，具体涉及一种粉煤灰基锰系催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着经济社会的不断发展，我国对煤炭的消耗量不断增加，燃煤锅炉成为我国氮氧化物(NO
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)废气排放的主要来源之一。建立适宜的烟气脱硝技术是解决氮氧化物污染的关键。
[0003]目前工业上常用的烟气脱硝技术为选择性催化还原法(SCR)，但该方法需消耗大量氨气，成本较高，且存在脱硝温度高、氨逃逸、浪费氨资源等问题难以解决。而选择性催化氧化法(SCO)是在催化剂的作用下，利用燃烧锅炉烟气中的氧气，使NO氧化成为NO2，再由碱性吸收剂进行吸收脱除。SCO法可在相对低温下脱硝，运行费用低、稳定性好，是一种极具前景的烟气脱硝技术。
[0004]目前常用的SCO脱硝催化剂包括贵金属类和过渡金属氧化物类。贵金属催化剂多以Pt为活性组分，负载于氧化铝、二氧化硅等载体上，具有较高的NO 催化活性，但其价格较为昂贵。过渡金属因具有活性高、易获得、成本低等优点，是一种较为理想的SCO脱硝催化剂材料。其中金属Mn由于具有特殊的核外电子分布、多变的价态和氧化形态，以及高环境相容性、低成本、无毒性等多种优点成为近年来用于NO催化氧化的研究热点。
[0005]专利CN101028596B公布了一种纳米二氧化锰粉体作为催化剂的方法，在无载体的情况下反应温度为400℃时可以达到90％；文献[Catalysis Communications，2014，56:36
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40]发现以锰为活性组分，二氧化锆为载体时，在锰负载量为15％时在270℃下NO的催化转化率为78％；文献[Journal of Colloidand Interface Science，2010，352(1):143
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148]以二氧化钛为载体，采用浸渍法制备得到锰基催化剂，在锰负载量为30％时在330℃下达到69％的NO催化转化率。
[0006]总体上说，锰催化剂普遍存在锰负载量大、低温下活性差、操作温度区间窄等问题，寻找结构适宜的载体，并通过有效的手段对锰系催化剂进行纳米化负载是提高其催化氧化活性的重要途径之一。
[0007]煤炭高温燃烧产生大量NO
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的同时还会产生大量粉煤灰，年产生量6亿吨左右，是我国产生量最大的固体废弃物之一，其中高铝粉煤灰是一种我国特有的粉煤灰，氧化铝含量一般大于40％，且具有特殊的核壳结构。内部主要是由莫来石棒体相互交织形成的球核，同时还含有少量刚玉，表面及内部孔隙则填有非晶态的二氧化硅和氧化铝，这为粉煤灰转化为催化剂载体提供了可能。
[0008]因此，提供一种具有高催化氧化活性的新型锰催化剂，既可以解决NO
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的污染问题，又可以实现粉煤灰的高值化利用是十分必要的。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种粉煤灰基锰系催化剂及其制备方法与应用，本专利技术将溶胶
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凝胶法与煅烧工艺相结合，可将锰氧化物颗粒以近纳米级的尺寸均匀地负载在粉煤灰载体的表面及孔结构中，提高了活性组分在载体上的分散性、得到具有高催化氧化活性的新型锰系脱硝催化剂，既可以以低成本解决NO
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的污染问题，又可以为粉煤灰的高值化利用提供一条新途径；且操作简单，易于工业化推广。
[0010]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]本专利技术的目的之一在于提供一种粉煤灰基锰系催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0012](1)向锰盐溶胶中加入粉煤灰基载体，进行凝胶化得到凝胶；
[0013](2)将步骤(1)所得凝胶依次进行干燥和煅烧，得到粉煤灰基锰系催化剂。
[0014]本专利技术将溶胶
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凝胶法与煅烧工艺相结合，可将锰氧化物颗粒以近纳米级的尺寸均匀地负载在粉煤灰载体的表面及孔结构中，提高了活性组分在载体上的分散性、得到具有高催化氧化活性的新型锰系脱硝催化剂；既可以解决NO
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的污染问题，又可以为粉煤灰的高值化利用提供一条新途径。
[0015]作为本专利技术优选的技术方案，在步骤(1)之前，将粉煤灰依次进行除碳、酸浸、碱浸和粒度分级得到粉煤灰基载体。
[0016]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述粉煤灰为高铝粉煤灰，其氧化铝含量≥40％，例如可以是40％，50％，60％，70％，80％，90％等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0017]优选地，所述除碳的方式为过30
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100目的筛，例如可以是30目，40目， 50目，60目，70目，80目，90目，100目等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]优选地，所述酸浸使用的酸浸液包括盐酸、硫酸或硝酸中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例包括盐酸和硫酸的组合，盐酸和硝酸的组合，硫酸和硝酸的组合。
[0019]优选地，所述酸浸使用的酸浸液的浓度为0.05
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3mol/L，例如可以是 0.05mol/L，0.1mol/L，0.5mol/L，0.7mol/L，1mol/L，1.2mol/L，1.4mol/L，1.6mol/L， 1.8mol/L，2mol/L，2.2mol/L，2.4mol/L，2.6mol/L，2.8mol/L，3mol/L等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0020]优选地，所述酸浸的时间为60
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180min，例如可以是60min，70min，80min， 90min，100min，110min，120min，130min，140min，150min，160min，170min， 180min等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]优选地，所述碱浸的浓度为100
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350g/L，例如可以是100g/L，120g/L，150g/L， 170g/L，200g/L，230g/L，250g/L，280g/L，300g/L，320g/L，350g/L等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0022]优选地，所述碱浸的时间为100
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300min，例如可以是100min，120min， 140min，160min，180min，200min，220min，240min，260min，280min，300min 等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0023]作为本专利技术优选的技术方案，所述粒度分级的方式为过筛。
[0024]高铝粉煤灰具有特殊的核壳结构，内部主要是由莫来石棒体相互交织形成的球核，同时还含有少量刚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粉煤灰基锰系催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)向锰盐溶胶中加入粉煤灰基载体，进行凝胶化得到凝胶；(2)将步骤(1)所得凝胶依次进行干燥和煅烧，得到粉煤灰基锰系催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)之前，将粉煤灰依次进行除碳、酸浸、碱浸和粒度分级得到粉煤灰基载体。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰为高铝粉煤灰，其氧化铝含量≥40％；优选地，所述除碳的方式为过30
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100目的筛；优选地，所述酸浸使用的酸浸液包括盐酸、硫酸或硝酸中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述酸浸使用的酸浸液的浓度为0.05
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3mol/L；优选地，所述酸浸的时间为60
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180min；优选地，所述碱浸使用的碱浸液包括氢氧化钠和/或氢氧化钾；优选地，所述碱浸使用的碱浸液的浓度为100
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350g/L；优选地，所述碱浸的时间为100
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300min；优选地，所述粒度分级的方式为过筛；优选地，所述粉煤灰基载体为多孔结构，孔体积为0.05
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0.3cm3/g；优选地，所述粉煤灰基载体的中值粒径为53
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250μm，平均孔径为15
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50nm，比表面积为10
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60m2/g。4.根据权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述锰盐溶胶的配置步骤包括：将锰盐溶液与络合剂混合后，进行pH调节，经反应得到锰盐溶胶。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述锰盐溶液中的锰盐包括硫酸锰、硝酸锰、乙酸锰或氯化锰中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述锰盐溶液的浓度为0.2
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3mol/L；优选地，所述络合剂包括柠檬酸和/或草酸；优选地，所述锰盐溶液中的锰盐与所述络合剂的摩尔比为(0.5
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5):1，进一步优选为(1
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2):1；优选地，所述pH调节使用的调节剂包括氨水和/或氨气；优选地，所述pH调节的终点pH为4
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10；优选地，所述反应的温度为40
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90℃；优选地，所述反应的时间为1
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5h。6.根据权利要求1
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5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述粉煤灰基载体的添加量为50
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500g/L；优选地，步骤(1)所述凝胶化的温度为50
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【专利技术属性】
技术研发人员：马淑花，王义源，王晓辉，赵鹏龙，王月娇，欧彦君，刘晨旭，侯轩，
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：