專利名稱：一種用于NOx選擇性催化還原的整體式催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境污染控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種NOx選擇性催化還原的整體式催化 劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
氮氧化物(NOx)是主要的大氣污染物之一，主要來自電廠煙氣和機(jī)動(dòng)車尾氣，對(duì) 大氣環(huán)境和人類活動(dòng)危害很大，已經(jīng)引起世界各國(guó)的普遍重視。目前，研究較多的消除NOx 催化劑主要是在低溫富氧條件下NOx的選擇性催化還原(SCR)，其中以V205-W03/Ti02催化 劑在消除NOx已有了實(shí)際應(yīng)用。但是由于它在實(shí)際應(yīng)用不可避免的缺點(diǎn)，較窄的操作窗口， 以及礬化合物對(duì)自然環(huán)境和人類的健康都有著很大的毒害性，因此，越來越多的研究集中 在研究新型的SCR催化劑。W，Mn和Fe在NH3還原NOx的SCR反應(yīng)中，作為活性組分有較理 想的應(yīng)用。CN101352645報(bào)道了一種煙氣催化氧化脫硝工藝，采用以TiO2或^O2-TiO2為載 體，Co為活性成分的催化劑，利用煙氣中本身含有的氧氣，將一氧化氮氧化成易于溶于水的 二氧化氮后，利用堿液吸收，將氮氧化物脫除。本發(fā)明工藝脫硝效率高，成本低，在控制氧化 后煙氣中二氧化氮的含量后，可以選擇性的回收脫硝副產(chǎn)物中的亞硝酸鹽，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的資 源化。CN101554581報(bào)道了 一種催化劑制備技術(shù)領(lǐng)域的選擇性催化還原脫硝催化劑 及制備方法，其組分及質(zhì)量百分比為1_5%氧化鋯、0. 5-3%銀元素、0. 5-2%鈀元素以及 90-98%氧化鋁。所述的制備方法包括催化劑載體的制備、催化劑浸漬液的制備以及活性 組分的負(fù)載。本發(fā)明所述的催化劑對(duì)于一氧化氮?dú)怏w的轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)到60%以上。CN101507928報(bào)道了一種用于煙道氣低溫選擇性催化還原氮氧化物的鐵錳復(fù)合氧 化物催化劑及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明催化劑包括鐵元素、錳元素和助劑元素等活性組 分。所述的催化劑易于涂覆在蜂窩陶瓷上，有望取代V基催化劑成用于煙道氣、汽車尾氣及 柴油機(jī)尾氣凈化。本發(fā)明的催化劑催化還原氮氧化物為無害的氮?dú)夂退D(zhuǎn)化率在90%以 上，在350°C連續(xù)反應(yīng)50h不失活。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于NOx選擇性催化還原的W/Mn-Al203整體式催化 齊U，在NH3為還原劑的條件下，制備的催化劑對(duì)NOx有良好的反應(yīng)活性和穩(wěn)定性。N0x50% 的轉(zhuǎn)化溫度是110-160°C，100%的轉(zhuǎn)化溫度是180°C，完全轉(zhuǎn)化的溫度區(qū)間在180_320°C。催化劑以堇青石蜂窩狀陶瓷作為結(jié)構(gòu)載體。催化劑的特征在于催化劑活性組份為W03，MnO2和Fe203。催化劑以活性氧化鋁和催化活性組份混合形成催化活性涂層，W，Mn和Fe氧化物 的百分含量為氧化鋁的-10%。
催化劑采用真空涂覆的方法，在第一載體上的涂覆量可以是30-50%。
催化劑制備方法具體如下常溫條件下，將磷鎢酸，硝酸錳，硝酸鐵，活性氧化鋁，去離子水在機(jī)械攪拌的條件 下，混合均勻，并加入適量的濃硝酸，調(diào)節(jié)料漿的PH為3-4 ；在真空條件下，將混合均勻的料 漿涂覆在堇青石陶瓷載體上；在保證涂覆的整體式催化劑孔道通暢的前提下，將其室溫干 燥12h ；在550-650°C條件下，焙燒2_3小時(shí)即可制備W/Mn/Fe-Al203整體式催化劑。催化劑的活性組份鎢和錳氧化物的質(zhì)量比控制在0. 25-1. 5，F(xiàn)e的氧化物與前兩 者的質(zhì)量比為1-2。硝酸錳(Mn(NO3)2溶液)為市售。磷鎢酸(H3O4tlPW12· XH2O)為市售。硝酸鐵(Fe(NO3) 3 · 9H20)為市售?；钚匝趸X為市售。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的特點(diǎn)是1、整體式催化劑的制備方法簡(jiǎn)單，并且負(fù)載率高，活性組分均勻分布在氧化鋁涂 層并且負(fù)載脫落率低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。2、催化有良好的反應(yīng)活性和穩(wěn)定性，并且在低溫趨于有較寬的轉(zhuǎn)化區(qū)間。反應(yīng)活 性見表一，穩(wěn)定性見表二。
具體實(shí)施例方式實(shí)施事例1 將12g Mn(NO3)2，55g Al2O3，IOOg去離子水，在機(jī)械攪拌的條件下，加入5mL濃硝 酸，調(diào)節(jié)pH到3-4，攪拌0. 5-2小時(shí)，漿料穩(wěn)定以后。在真空條件下，將漿料涂覆在堇青石陶 瓷載體上，浸漬15-30min，并用壓縮空氣將多余的料漿除去。然后室溫干燥12h，500-800°C 焙燒2h，得所需催化劑。實(shí)施事例2 將12g Mn(NO3)2,13g H3O40Pff12 · xH20，55g Al2O3, IOOg 去離子水，在機(jī)械攪拌的條 件下，加入5mL濃硝酸，調(diào)節(jié)pH到3-4，攪拌0. 5-2小時(shí)，漿料穩(wěn)定以后。在真空條件下，將 漿料涂覆在堇青石陶瓷載體上，浸漬15-30min，并用壓縮空氣將多余的料漿除去。然后室溫 干燥12h，500-800°C焙燒2h，得所需催化劑。實(shí)施事例3 將12g Mn(NO3)2,13g H3O40Pff12 · xH20,13g Fe(NO3)3 · 9H20，55g Al2O3, IOOg 去離子 水，在機(jī)械攪拌的條件下，加入5mL濃硝酸，調(diào)節(jié)pH到3-4，攪拌0. 5-2小時(shí)，漿料穩(wěn)定以后。 在真空條件下，將漿料涂覆在堇青石陶瓷載體上，浸漬15-30min，并用壓縮空氣將多余的料 漿除去。然后室溫干燥12h，500-80(TC焙燒2h，得所需催化劑。實(shí)施事例4 將12g Mn(NO3)2,13g Fe (NO3) 3 ·9Η20，55gAl203，IOOg 去離子水，在機(jī)械攪拌的條件 下，加入5mL濃硝酸，調(diào)節(jié)pH到3-4，攪拌0. 5-2小時(shí)，漿料穩(wěn)定以后。在真空條件下，將漿 料涂覆在堇青石陶瓷載體上，浸漬15-30min，并用壓縮空氣將多余的料漿除去。然后室溫 干燥12h，500-800°C焙燒2h，得所需催化劑。
實(shí)施事例5 將13g H3O40Pff12 · xH20, 55g Al2O3, IOOg去離子水，在機(jī)械攪拌的條件下，加入5mL 濃硝酸，調(diào)節(jié)PH到3-4，攪拌0. 5-2小時(shí)，漿料穩(wěn)定以后。在真空條件下，將漿料涂覆在堇 青石陶瓷載體上，浸漬15-30min，并用壓縮空氣將多余的料漿除去。然后室溫干燥12h， 500-80(TC焙燒2h，得所需催化劑。表一、不同實(shí)例催化劑NOx催化反應(yīng)效果
催化劑T20IoCT50 rc^ioo / "C實(shí)施例160160210實(shí)施例275175250實(shí)施例3150180235實(shí)施例480140180實(shí)施例5210255305反應(yīng)條件500ppmNOx，500ppm NH3, 5% O2, Ar 為平衡氣T20-NOx轉(zhuǎn)化率為20 %時(shí)的溫度T50-NOx轉(zhuǎn)化率為50 %時(shí)的溫度Tiqq-NOx轉(zhuǎn)化率為100%時(shí)的最低溫度表二、不同實(shí)例催化劑NOx催化反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化溫度窗口和典型實(shí)例穩(wěn)定性
催化劑完全轉(zhuǎn)化窗口/°C 催化劑反應(yīng)壽命/h
實(shí)施例1210-31520實(shí)施例2250-300-實(shí)施例3235-28030實(shí)施例4180-320-實(shí)施例5305-3155完全轉(zhuǎn)化窗口 催化劑在NOx完全轉(zhuǎn)化條件下溫度區(qū)間催化劑反應(yīng)壽命在200°C條件下，典型催化劑的反應(yīng)穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
一種用于NOx選擇性催化還原的整體式催化劑，其特征在于催化劑有良好的反應(yīng)活性和穩(wěn)定性。NOx50％的轉(zhuǎn)化溫度是110 160℃，100％的轉(zhuǎn)化溫度是180℃，完全轉(zhuǎn)化的溫度區(qū)間在180 320℃。
2.如權(quán)利要求1所述催化劑的特征在于催化劑以堇青石蜂窩狀陶瓷作為結(jié)構(gòu)載體。
3.如權(quán)利要求1所述催化劑的特征在于催化劑活性組份為W03和Mn02以及Fe203中的 一種或者幾種，鎢和錳氧化物的質(zhì)量比控制在0. 25-1. 5，F(xiàn)e的氧化物與前兩者的質(zhì)量比為 1-2。
4.如權(quán)利要求1所述催化劑的特征在于催化劑以活性氧化鋁和催化活性組份混合形 成催化活性涂層，W，Mn和Fe氧化物的質(zhì)量百分含量為氧化鋁的_10%。
5.如權(quán)利要求1所述的催化劑特征在于催化劑采用真空涂覆的方法。
6.如權(quán)利要求1所述催化劑的特征在于涂層在結(jié)構(gòu)載體上的質(zhì)量涂覆量可以是 30-50%。
7.如權(quán)利要求1所述的催化劑特征在于催化劑制備方法具體如下常溫條件下，將磷 鎢酸，硝酸錳，硝酸鐵，活性氧化鋁，去離子水在機(jī)械攪拌的條件下，混合均勻，并加入適量 的濃硝酸，調(diào)節(jié)料漿的PH為3-4 ；在真空條件下，將混合均勻的料漿涂覆在堇青石陶瓷載體 上；在保證涂覆的整體式催化劑孔道通暢的前提下，將其室溫干燥12h ；在550-650°C條件 下，焙燒2-3小時(shí)即可制備W/Mn/Fe-Al203整體式催化劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于NOx選擇性催化還原的整體式催化劑及其制備方法，主要應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車尾氣凈化和工廠煙道尾氣凈化，屬于環(huán)境污染控制領(lǐng)域。整體式催化劑有兩部分組成堇青石蜂窩陶瓷載體和負(fù)載催化活性組分的涂層構(gòu)成，涂層由活性氧化鋁和過渡金屬氧化物組成。采用涂覆的方法，將負(fù)載活性組分的氧化鋁涂層涂覆在堇青石蜂窩陶瓷載體上，制備的催化劑有良好的反應(yīng)活性和穩(wěn)定性。NOx50％的轉(zhuǎn)化溫度是100-160℃，NOx100％的轉(zhuǎn)化溫度是180℃，完全轉(zhuǎn)化的溫度區(qū)間在180-320℃。
文檔編號(hào)B01D53/56GK101983766SQ20101056618
公開日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者盧冠忠, 張志剛, 楊青山, 王筠松, 蔡麗莉, 詹望成, 郭楊龍, 郭耘 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)