一種復合氧化物SCR脫硝催化劑及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種復合氧化物SCR脫硝催化劑及其制備方法。該催化劑以環境友好的過渡金屬鋯、錳、鈦為原料，采用簡單的共沉淀方法制備載體，共沉淀劑為氨水，活性組分為硝酸錳，負載方式為等體積浸漬，負載量為5wt％，焙燒溫度為400?700℃，焙燒氣氛為空氣。該復合氧化物SCR脫硝催化劑實現了在140?360℃范圍內、高空速(30000h?1)條件下80％以上的NH3?SCR脫硝活性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于化學工程和環境保護領域，具體地說，涉及一種復合氧化物SCR脫硝催化劑及其制備方法。
技術介紹
我國能源消耗占世界的8％-9％，但NOx排放量卻高達10％左右，其中燃煤釋放的NOx約占到全國NOx排放總量的67％。大量的NOx排放對我國的生態環境造成了極為嚴重的危害，因此，控制NOx的排放已經刻不容緩。在NOx排放控制技術中，NH3選擇性催化還原(NH3-SCR)法已廣泛用于燃煤電廠等固定源NOx的消除，由于中低溫SCR技術比高溫SCR更具有經濟優勢，所以受到更廣泛的關注和研究。隨著反應溫度的降低，SCR反應器可以布置在除塵器之后，這樣不但不影響機組的現有布局，還可以延長催化劑的使用壽命；同時，低溫SCR可以有效的減少反應器的體積，節省運行維護的費用等。因此，中低溫SCR技術對我國不同煙氣的NOx防治具有重要的現實應用意義。公開號為CN105498755A的專利文獻公開了一種SCR脫硝催化劑及其制備方法，該催化劑具有蛇紋石-介孔二氧化鈦-鎳釩復合氧化物的層狀結構，其中蛇紋石、介孔二氧化鈦、鎳釩復合氧化物的質量比為(25～45):(30～70):(0.5～2.0)，其中鎳釩復合氧化物為活性組分偏礬酸鎳(Ni2V2O7)，蛇紋石為顆粒，在蛇紋石顆粒外層包覆介孔TiO2涂層，再在涂層表面涂覆活性組分偏礬酸鎳形成復合氧化物的活性層。目前，工業上廣泛用于固定源脫硝的NH3-SCR催化劑為釩系催化劑V2O5-WO3/TiO2或V2O5-MoO3/TiO2，其在中高溫段(350～400℃)對NOx具有良好的凈化效率。由于此類催化劑反應溫度較高，SCR裝置需布置于省煤器和空氣預熱器之間，進而出現催化劑易失活，使用壽命不長的問題；同時，流失的釩組分有毒性且易對環境和人體造成嚴重傷害。另外，我國工業窯爐(玻璃窯爐、水泥窯爐等)排放的氮氧化物總量僅次于火電廠，位居第二，而其排煙溫度相對較低(大多在150-250℃之間)，使得此類釩系列催化劑不適用工業窯爐的煙氣脫硝。無論從經濟角度還是技術方面，低溫SCR技術都具有一定的優越性和適用性。低溫SCR技術的關鍵是高效的低溫SCR催化劑，目前已研發的低溫SCR催化劑多為采用共沉淀法、溶膠-凝膠法、浸漬法制備的復合氧化物。但是，溶膠-凝膠法使用的原料多為昂貴的有機物且操作周期長；浸漬法不好控制活性組分的分散性或負載量，同時存在活性組分易脫落等問題；共沉淀方法工藝簡單、煅燒溫度低、合成周期短、制備的催化劑成分均一，性能良好。因此，共沉淀法受到廣泛關注和研究。
技術實現思路
針對現有技術的SCR脫硝催化劑技術的現狀與不足，本專利技術的目的旨在提供提供了一種新的復合氧化物SCR脫硝催化劑及其制備方法，以實現脫硝催化劑在140-360℃、高空速(30000h-1)條件下達到80％以上的NH3-SCR脫硝活性。本專利技術提供的復合氧化物SCR煙氣脫硝催化劑，是以碳酸氧鋯和硫酸氧鈦共沉淀物為載體，以過渡金屬Mn為活性組分，活性組分負載于載體上的負載量為催化劑總重量的3～9wt％。所述脫硝催化劑進一步的技術方案，載體中鋯和鈦的重量比優先控制在(1:9)～(9:1)的范圍；進一步地，優先控制在(5:5)～(7:3)的范圍。本專利技術提供的復合金屬氧化物SCR脫硝催化劑可通過包括以下工藝步驟的制備方法來制取：(1)按鋯、鈦配方比例量稱取鈦源和鋯源，將鈦源溶于水，鋯源溶于硝酸，兩溶液定容后，在勻速攪拌條件下將鋯溶液滴入鈦溶液配制成均勻的前驅體混合液；(2)將前驅體混合液加入氨水將pH調節至8.8～9.2，于58～62℃水浴攪拌下進行共沉淀反應，共沉淀反應物為鋯鈦共混物，充分共沉淀反應后至少靜置12小時，經抽濾，濾餅水洗至洗滌液呈中性，得到白色的鋯鈦混合物初產物，蒸干液相，然后在100～120℃下烘干，在空氣氣氛下于400～800℃充分焙燒，得到鋯鈦催化劑載體；(3)將配方量的活性組分Mn的硝酸錳溶液加入到步驟(2)制取的鋯鈦催化劑載體中，研磨混合后蒸干液相，使Mn浸漬在鋯鈦催化劑載體上；(4)將浸漬了Mn的鋯鈦催化劑載體置于焙燒設備中，在空氣氛圍下于400～800℃進行充分焙燒，即得到了復合金屬氧化物SCR脫硝催化劑。所述制備方法的進一步技術方案，前驅體混合液加入氨水攪拌共沉淀反應的時間優先控制為不少于2h。進一步地，經抽濾水洗至洗滌液呈中性的白色鋯鈦混合物初產物烘干后置于焙燒設備中，在空氣氣氛下于400℃～500℃條件下進行焙燒。進一步地，浸漬了Mn的鋯鈦催化劑載體置于焙燒設備中，優先選擇在空氣氛圍下于400℃～700℃進行充分焙燒。進一步地，所述硝酸錳溶液的用量為硝酸錳溶液中Mn元素的含量不低于鋯鈦催化劑載體負載的Mn元素量。進一步地，經抽濾水洗至洗滌液呈中性的白色鋯鈦混合物初產物，采取水浴蒸干的方式蒸干液相。進一步地，硝酸錳溶液以滴加研磨的方式加入到鋯鈦催化劑載體中進行混合，充分混合后蒸干液相，在100～120℃條件下烘干除去結晶水。本專利技術提供的SCR脫硝催化劑是一種新的復合氧化物SCR脫硝催化劑，是以環境友好的過渡金屬鋯、鈦、錳為原料，采用特定工藝條件共沉淀，即通過將前驅體混合液加入氨水將pH調節至約9，于60℃左右水浴溫度攪拌進行共沉淀，沉淀物再于特定的溫度下焙燒制備得到，所制備的復合氧化物SCR煙氣脫硝催化劑，實現了在140-360℃、高空速(30000h-1)條件下達到80％以上的NH3-SCR脫硝活性。與現有技術相比，本專利技術可以獲得包括但不限于以下技術優勢：1)本專利技術所用的原料價格低廉，制備工藝簡單，方便操作，且對環境和人體無毒害作用；2)本專利技術探究了不同的沉淀方式對催化劑SCR活性的影響，制備出具有良好中低溫催化活性的催化劑；3)本專利技術催化劑的比表面積較大，有利于選擇性催化還原反應的進行，克服了一般共沉淀方法制備的催化劑比表面積過小的缺點。4)本專利技術催化劑的催化活性如下：a)載體比例不同，相對而言，最佳比例為Zr：Ti＝6:4，其在180℃時達到100的NO去除率；整體來說，ZrTiMnO-400-6＞ZrTiMnO-400-1＞ZrTiMnO-400-5＞ZrTiMnO-400-4＞ZrTiMnO-400-9；b)焙燒溫度與活性組分含量不同時，催化活性ZrTiO-400-Mn5＞ZrTiO-500-Mn7＞ZrTiO-600-Mn9＞ZrTiO-700-Mn3；c)不同的共沉淀方式制得的催化劑比表面積都比較大，粒徑均較小，促進了其SCR活性。當然，實施本專利技術的任一產品不必一定需要同時達到以上所述的所有技術效果。附圖說明此處所說明的附圖是用于方便人們對本專利技術的進一步理解，構成本專利技術的一部分。圖1是本專利技術實施例中的NO去除率與溫度的關系圖；圖2是本專利技術實施例中的NO去除率與溫度的關系圖.具體實施方式下面通過實施例對本專利技術進行具體的描述，但有必要在此指出的是，實施例只用于對本專利技術進行進一步的說明，不能理解為對本專利技術保護范圍的限制，該領域的技術人員根據上述本專利技術的內容作出一些非本質的改進和調整進行具體實施是不需付出創造性勞動的，應仍屬于本專利技術的保護范圍。實施例1催化劑載體的制備：采用共沉淀法，以碳酸氧鋯作為鋯源，硫酸氧鈦作為鈦源，按Zr：Ti的摩爾比為1:9，分別稱取ZrOCO3本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種復合氧化物SCR煙氣脫硝催化劑，其特征在于，以碳酸氧鋯和硫酸氧鈦共沉淀物為載體，以過渡金屬Mn為活性組分，活性組分負載于載體上的負載量為催化劑總重量的3～9wt％。

【技術特征摘要】
1.一種復合氧化物SCR煙氣脫硝催化劑，其特征在于，以碳酸氧鋯和硫酸氧鈦共沉淀物為載體，以過渡金屬Mn為活性組分，活性組分負載于載體上的負載量為催化劑總重量的3～9wt％。2.根據權利要求1所述的復合金屬氧化物SCR脫硝催化劑，其特征在于，載體中鋯和鈦的重量比為(1:9)～(9:1)。3.根據權利要求2所述的復合金屬氧化物SCR脫硝催化劑，其特征在于，載體中鋯和鈦的重量比為(5:5)～(7:3)。4.根據權利要求1或2或3所述復合金屬氧化物SCR脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，主要包括以下工藝步驟：(1)按鋯、鈦配方比例量稱取鈦源和鋯源，將鈦源溶于水，鋯源溶于硝酸，兩溶液定容后，在勻速攪拌條件下將鋯溶液滴加入鈦溶液配制成均勻的前驅體混合液；(2)將前驅體混合液加入氨水將pH調節至8.8～9.2，于58～62℃水浴攪拌下進行共沉淀反應，共沉淀反應物為鋯鈦共混物，充分共沉淀反應后至少靜置12小時，經抽濾，濾餅水洗至洗滌液呈中性，得到白色的鋯鈦混合物初產物，蒸干液相，然后在100～120℃下烘干，在空氣氣氛下于400～800℃充分焙燒，得到鋯鈦催化劑載體；(3)將配方量的活性組分Mn的硝酸錳溶液加入到步驟(2)制取的鋯鈦催化劑載體中，經研磨混合后蒸干液相，使Mn浸漬在鋯鈦催化劑載體上；(4)將浸漬了Mn的鋯鈦催化劑載...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭家秀，賈博涵，李建軍，尹華強，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：四川;51