一种去除焚烧排放的氮氧化物和有机污染物的催化剂及其制备方法技术

一种去除焚烧排放的氮氧化物和有机污染物的催化剂，其特征是该催化剂以碳纳米管和氧化铝为载体，以锰的氧化物为活性组分的催化剂，催化剂中活性组分占催化剂总质量的１～１０％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可去除燃煤电厂、冶金工业、垃圾焚烧等高温过程中排放的氮氧化物(NOx)和二恶英(Dioxin)类持久性有机污染物的催化剂及制备方 法。
技术介绍
随着我国综合国力的提高，人民生活水平同时不断提高，与此相伴的是能 源的大量消耗和环境的日益恶化。其中，包括燃煤电厂、冶金工业、垃圾焚烧 等高温过程中排放的氮氧化物(NOx)和二恶英(Dioxin)类持久性有机污染物 的排放是环境污染两个主要因素。例如，2000年中国向大气中排放的NOx总量达 到1500万吨，远远超过大自然闪电等自然过程产生NOx量(估计中国每年38万 吨)。中国近年来的PCDD/DFs的排放量估计在9952.8gl-TEQ/year，其中大气 中的排放量约为4160.6 g I-TEQ/year，远远超过美国的24.4 g I-TEQ/year和日本的 140gl-TEQ/year。由于中国对环境污染的控制起步相对比较迟，缺少相应的控 制技术，无法实现廉价有效的控制是造成污染物大量排放的关键因素。作为以燃煤为主的发展中国家，随着中国经济的快速发展，燃煤造成的环 境污染日趋严重，特别是燃煤烟气中的NOx对大气的污染，在硫氧化物的控制得 到应用推广以后，已成为一个不容忽视的问题。根据国家环保局统计和有关研 究估算，1990年我国NOx的排放量约为910万吨，1995年的排放量约为1000万吨， 2000年的排放量约为1500万吨，平均每天每平方公里土地上排放的NOx量达到惊 人的4kg， 2004年的排放量约为1600万吨，到2010年我国NOx排放将达到2194万 吨。根据美国宇航局资助的CHINA-MAP项目，通过PAINS-ASIA模式检测了中 国29个地区的污染物排放情况，结果表明，如果不加以控制，预计到2020年NOx 的排放将增加到2660-2970万吨。其中火电厂锅炉NOx年排放量从1987年的120. 7 -150. 6万吨,增加到2005年的850万吨。鉴于此，国家环保总局于20世纪90年代 中后期，对燃煤电站锅炉的NOx排放作了限制。2003年，我国颁布了《火电厂大 气污染物排放标准》对火电厂烟气中的NOx排放质量浓度最高限制为450mg / m3，严于650mg/mS的现行排放标准(对III时段300MW机组)。Dioxin (包括多氯二苯并二恶英和多氯二苯并呋喃Polychlorinated dibenzo-p 画dioxins and Polychlorinated dibenzo-p國fbrans,也禾尔PCDD/ DFs )是由2个或1个氧 原子联接2个被氯取代的苯环组成的三环芳香族有机化合物，共有210种同类物(75种PCDDs异构体/同类物和135种PCDFs异构体/同类物)，统称为二恶英类。二 恶英类是一类非常稳定的亲脂性固体化合物，其熔点较高，分解温度大于70(TC， 极难溶于水，可溶于大部分有机溶剂，所以二恶英类容易在生物体内积累。自 然界的微生物降解、水解和光解作用对二恶英类的分子结构影响较小，难以自 然降解。二恶英类中的一些异构体是剧毒物质，其急性毒性相当于氰化钾的IOOO 倍。从职业暴露和工业事故受害者身上已得到一些二恶英类对人体毒性数据及 临床表现，例如可引起皮肤痤疮、头痛、失聪、忧郁、失眠等症，并可能导致 染色体损伤、心力衰竭、癌症等。选择性催化反应技术(SCR)是高温过程中烟气净化控制NOx、 二恶英类的 排放最有效方法。SCR装置可以直接布置在锅炉之后(高灰分烟气段布置)，也可 布置在电除尘器之后(低灰分烟气段)或烟气脱硫装置(尾部烟气段)之后。高灰段 布置优点为从省煤器来的烟气在进入催化反应器之前不需要再加热，缺点是这 段烟气含有燃烧过程中产生的所有飞灰和S02，可使催化剂出现活性降低、寿命 縮短的问题。低灰段布置虽没有粉尘的影响，但S02的存在会引起同样的问题。 尾部烟气段布置和前两种布置方式相比，进入SCR装置的烟气中粉尘和S02的含 量都很小，催化剂可在干净的环境下运行，故使用寿命延长(高粉尘型为5年左右， 尾部烟气型为10年左右)，而且便于布置。但是，由于目前成熟的SCR商业催化 剂的运行温度一般在300 40(TC，大量的烟气需要加热，造成成本增加。国际 上大多数燃煤电站SCR都采用高灰段布置，我国目前已建成或在建的SCR装置也 都采用高灰段布置。要开发低灰段SCR系统，研制具有低温活性的催化剂是关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种去除焚烧排放的氮氧化物和有机污染物的低温活 性催化剂及其制备方法。本专利技术的去除焚烧排放的氮氧化物和有机污染物的催化剂，是以碳纳米管 (CNTs)和氧化铝为载体，以锰的氧化物为活性组分的催化剂，催化剂中活性 组分占催化剂总质量的1 10%。上述的锰的氧化物为Mri203和Mn02。去除焚烧排放的氮氧化物和有机污染物的催化剂的制备方法，采用的是溶 剂热法，包括以下步骤-1) 将经HN03纯化后的CNTs超声分散在异丙醇中，然后倒入置于50 10(TC 水浴的容器中作为底液；2) 将异丙醇铝研磨后加入异丙醇，搅拌均匀后作为醇铝相，异丙醇铝和异 丙醇的质量比为1:15 1:30;将去离子水倒入异丙醇中，同时加入胶溶剂氟化氢4铵和表面活性剂聚乙二醇1000搅拌均匀后作为水相，去离子水、异丙醇、氟化氢铵和聚乙二醇1000的质量比为50:50 150:1 5:1 5;醇铝相和水相的体积比 为2:1;3) 将醇铝相和水相滴入步骤l)的底液中,控制水相的流量为0.5 lml/s，醇 铝相的流量为l 2ml/s，滴定完毕后继续搅拌l 3h;4) 将四水合醋酸锰溶解于异丙醇中，配置浓度为0.01g/ml 0.02g/ml的四 水合醋酸锰异丙醇溶液，然后将四水合醋酸锰异丙醇溶液倒入步骤3)的混合液 中，四水合醋酸锰异丙醇溶液与混合液的体积比为1:3 1:6，搅拌均匀后倒入水 热釜密封，升温至150 300°C，保温l 5h，冷却，用乙醇离心洗涤，在50 12(TC干燥，得到催化剂。本专利技术的有益效果在于在气固多相催化反应中，气态物质首先被吸附在 催化剂表面，然后完成催化过程， 一般来说，在同等条件下，催化剂的表面积 越大，其催化能力越强。本专利技术中采用碳纳米管和氧化铝作为载体，比表面积 测试表明此催化剂的比表面积为240m々g，碳纳米管具有比表面积大的特点，对 二恶英等有机气体的吸附能力强，且经过酸预处理活化后，增加了其表面的酸 位点，NH3还原剂在其表面的吸附能力明显增加。而A1203热稳定性强且机械强 度高，可以有效抵抗气流的冲击，保持催化剂的结构。锰基的催化剂具有优良 的低温SCR特性，呈现出多种氧化物状态，并呈现出不同的性能，并且对烟气 中的二氧化硫和水蒸汽具有较强的抗毒能力。本专利技术的催化剂可用于去除燃煤 电厂、冶金工业、垃圾焚烧等高温过程中排放的氮氧化物(NOx)和二恶英 (Dioxin)类持久性有机污染物。本专利技术制备的催化剂，首次将CNTs和八1203同时作为载体，既保证了催化 剂大的比表面积又保证了催化剂的机械强度，同时降低了SCR的操作温度，使 得在15(TC时达到94.2%的氯苯脱除率，在20(TC时达到88.8%的NOx脱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种去除焚烧排放的氮氧化物和有机污染物的催化剂，其特征是该催化剂以碳纳米管和氧化铝为载体，以锰的氧化物为活性组分的催化剂，催化剂中活性组分占催化剂总质量的１～１０％。

【技术特征摘要】
1.一种去除焚烧排放的氮氧化物和有机污染物的催化剂，其特征是该催化剂以碳纳米管和氧化铝为载体，以锰的氧化物为活性组分的催化剂，催化剂中活性组分占催化剂总质量的1～10％。2. 根据权利要求1所述的去除焚烧排放的氮氧化物和有机污染物的催化剂，其特征是锰的氧化物为Mn2Cb和Mn02。3. 根据权利要求1所述的去除焚烧排放的氮氧化物和有机污染物的催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤1) 将经HN03纯化后的CNTs超声分散在异丙醇中，然后倒入置于50 100。C水浴的容器中作为底液；2) 将异丙醇铝研磨后加入异丙醇，搅拌均匀后作为醇铝相，异丙醇铝和异丙醇的质量比为1:15 1:30;将去离子水倒入异丙醇中，同时加入胶溶剂氟化氢铵和...

【专利技术属性】
技术研发人员：田维，樊孝玉，杨杭生，张孝彬，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86