基于介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體的脫硝催化劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米材料制備工藝和環(huán)保【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體的脫硝催化劑及制備方法。本發(fā)明是以介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物為載體，二氧化錳為活性組分，獲得基于介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體的脫硝催化劑。在該催化劑中，介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物的質(zhì)量百分比為85-95%，二氧化錳的質(zhì)量百分比為5-15%。采用介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物作為載體，極大提高了催化劑的比表面積，使較多的活性組分暴露在催化劑表面，而且通過載體與二氧化錳之間的相互作用，提高了催化劑的脫硝活性并拓寬催化活性溫度窗口。
【專利說明】基于介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體的脫硝催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備工藝和環(huán)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體的脫硝催化劑及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃煤電廠，鋼廠等排放的氮氧化物(NOx)是公認(rèn)的三種主要大氣污染物之一，會(huì)造成酸雨、臭氧層破壞、溫室效應(yīng)等環(huán)境問題，會(huì)嚴(yán)重危害地球生態(tài)環(huán)境及人類健康。氮氧化物污染是一個(gè)全球性的環(huán)境問題，世界各國(guó)都在執(zhí)行嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。十二五期間，我國(guó)對(duì)火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求。通過煙氣脫硝可以從根本上控制對(duì)氮氧化物的排放。
[0003]目前最普遍、最有前景的煙氣脫硝技術(shù)是以NH3為還原劑的選擇性催化還原(SCR)技術(shù)，利用NH3將NOx還原為無害的N2和H20。SCR脫硝技術(shù)的核心是高活性及高穩(wěn)定性的催化劑。目前主要應(yīng)用廣泛的是金屬氧化物催化劑，其中釩基催化劑活性最好，主要是以TiO2為載體，負(fù)載V2O5-WO3或V2O5-WO315但上述催化劑在工業(yè)應(yīng)用中存在一些問題，如低溫活性差、催化溫度窗口窄、活性組分V有劇毒。因此，開發(fā)具有低溫活性高、催化溫度窗口寬、環(huán)境友好的新型SCR脫硝催化劑是很有必要的。
[0004]由于脫硝催化劑的主體由催化劑載體構(gòu)成，占催化劑總質(zhì)量的絕大部分，其性能直接關(guān)系到氮氧化物的脫除率。因此，脫硝催化劑載體的性能顯得尤為重要。目前使用最多的脫硝催化劑載體均為粒子狀，比表面積小，活性組分難以均勻分散在載體表面，催化劑的活性中心數(shù)量少，且易隨催化反應(yīng)溫度升高易發(fā)生團(tuán)聚。另外，這種類型的載體也不利于煙氣的吸附和脫附，從而導(dǎo)致催化劑的脫硝活性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體的脫硝催化劑及制備方法，本催化劑以介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物為載體，通過介孔結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的高比表面積可以使較多的活性組分暴露在催化劑表面，同時(shí)通過介孔載體和MnO2之間的相互作用，提高催化劑的脫硝活性并拓寬催化活性溫度窗口。
[0006]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
在介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體上負(fù)載活性組分二氧化錳；其中，介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體的質(zhì)量百分比為85-95%，二氧化錳的質(zhì)量百分比為5-15%。
[0007]—種基于介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體脫硝催化劑的制備方法，包括以下過程和步驟:
a.介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體的制備過程:
稱取一定量的P123溶于一定量的無水乙醇中；再分別稱取一定量的檸檬酸、硝酸鋁、硝酸鈰及磷鎢酸加入上述溶液中，保證P123、檸檬酸、硝酸鋁、硝酸鈰和磷鎢酸的質(zhì)量比為1:(0.06-11.0):(0.5-12):(0.01-17.6): (0.05_6.2)，蒙上 PE 膜，劇烈攪拌一定時(shí)間，然
后將樣品放入烘箱，于一定溫度下老化一定時(shí)間，而后進(jìn)行焙燒即得到介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體；
b.活性組分MnO2的負(fù)載:
按照等體積浸潰法，稱取一定量的硝酸錳溶于去離子水，將介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體加入到上述硝酸錳溶液中，介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體與硝酸錳之間的質(zhì)量比為
1.3-4.7:1。在一定溫度下水浴攪拌一定時(shí)間；而后將樣品放入烘箱進(jìn)行干燥，最后焙燒即得到介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體脫硝催化劑。
[0008]所述步驟a中的攪拌時(shí)間為3_8h，老化溫度為50_90°C，老化時(shí)間為1_7天。
[0009]所述步驟b中的攪拌時(shí)間為Ι-lOh，水浴溫度為50_100°C。
[0010]所述步驟b中的干燥為干燥箱干燥，干燥溫度為60_120°C，干燥時(shí)間為2_24h。[0011 ] 所述步驟a或b中的焙燒溫度為400_600°C，程序升溫速度為0.5-2°C /min,保溫時(shí)間為2-6h。 [0012]本發(fā)明的有益效果如下:
本發(fā)明采用介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物為載體，顯著增加了催化劑的比表面積，從而可以提高活性組分的負(fù)載量，且負(fù)載活性組分后仍能保持較大的比表面積。另外，高比表面積可以使較多的活性組分暴露在催化劑表面，利于促進(jìn)氣態(tài)反應(yīng)物分子的吸附以及脫硝反應(yīng)的進(jìn)行。此外，Ce可以提高催化劑儲(chǔ)氧能力，使活性組分Mn以多種價(jià)態(tài)形式，從而有助于提高催化劑的脫硝活性并拓寬催化活性的溫度窗口。W可以提高催化劑表面的B酸性，利于NH3在其表面的吸附，從而有利于脫硝反應(yīng)的進(jìn)行。介孔載體和MnO2之間的相互作用，使得催化劑在200-300°C的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)越的催化活性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所得基于介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體的脫硝催化劑的透射電鏡(TEM)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面將結(jié)合具體實(shí)例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述說明，但本發(fā)明可實(shí)施的情況并不僅限于實(shí)例的范圍。
[0015]實(shí)施例1
稱取1.0gP123溶于30mL無水乙醇中；再分別稱取0.8g檸檬酸、3.8g硝酸鋁、0.2g硝酸鈰及0.2g磷鎢酸加入上述溶液中，蒙上PE膜，劇烈攪拌6h，然后將樣品放入烘箱，于50°C下老化3天，而后在馬弗爐中500°C下焙燒4h (程序升溫速度為1°C /min)即得到介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體；按照等體積浸潰法，稱取0.Hg硝酸錳溶于去離子水，將0.57g介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體加入到上述硝酸錳溶液中，在50°C下水浴攪拌IOh ;而后將樣品放入烘箱，于70°C下干燥10h，最后在馬弗爐中400°C下焙燒3h (程序升溫速度為0.5°C /min)，即得到介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體脫硝催化劑。
[0016]催化劑評(píng)價(jià):將制得的催化劑研磨篩分，取40-60目顆粒，放入固定床管式反應(yīng)器中，反應(yīng)器內(nèi)徑為12mm，程序升溫至所需反應(yīng)溫度進(jìn)行催化活性測(cè)試。模擬煙氣由N2, O2,NO和NH3組成，其中NO 500 ppm, NH3 500 ppm, O2濃度為3 %，平衡氣為N2。將模擬煙氣通入反應(yīng)器中，控制空速為30000 h-1，在20(T30(TC條件下測(cè)得NO的轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定在70 %以上。
[0017]實(shí)施例2
稱取1.0gP123溶于20mL無水乙醇中；再分別稱取0.6g檸檬酸、2.7g硝酸鋁、0.1g硝酸鈰及0.1g磷鎢酸加入上述溶液中，蒙上PE膜，劇烈攪拌5h，然后將樣品放入烘箱，于60°C下老化2天，而后在馬弗爐中400°C下焙燒4h (程序升溫速度為0.50C /min)即得到介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體；按照等體積浸潰法，稱取2.3硝酸錳溶于去離子水，將3.1g介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體加入到上述硝酸錳溶液中，在60°C下水浴攪拌8h ;而后將樣品放入烘箱，于90°C下干燥8h，最后在馬弗爐中500°C下焙燒2h (程序升溫速度為2V /min)，即得到介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體脫硝催化劑。
[0018]催化劑評(píng)價(jià):將制得的催化劑研磨篩分，取40-60目顆粒，放入固定床管式反應(yīng)器中，反應(yīng)器內(nèi)徑為12mm，程序升溫至所需反應(yīng)溫度進(jìn)行催化活性測(cè)試。模擬煙氣由N2, O2,NO和NH3組成，其中NO 500 ppm, NH3 500 ppm, O2濃度為3 %，平衡氣為N2。將模擬煙氣通入反應(yīng)器中，控制空速為30000 h-1，在15(T250°C條件下測(cè)得NO的轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定在60 %以上。
[0019]實(shí)施例3
稱取0.4gP123溶于25mL無水乙醇中；再分別稱取1.2g檸檬酸、1.9g硝酸鋁、0.08g硝酸鈰及0.12g磷鎢酸加入上述溶液中，蒙上PE膜，劇烈攪拌5h，然后將樣品放入烘箱，于80°C下老化I天，而后在馬 弗爐中450°C下焙燒5h (程序升溫速度為0.5°C /min)即得到介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體；按照等體積浸潰法，稱取0.09g硝酸錳溶于去離子水，將0.34g介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體加入到上述硝酸錳溶液中，在80°C下水浴攪拌5h ;而后將樣品放入烘箱，于90°C下干燥6h，最后在馬弗爐中450°C下焙燒4h (程序升溫速度為IV /min)，即得到介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體脫硝催化劑。
[0020]催化劑評(píng)價(jià):將制得的催化劑研磨篩分，取40-60目顆粒，放入固定床管式反應(yīng)器中，反應(yīng)器內(nèi)徑為12mm，程序升溫至所需反應(yīng)溫度進(jìn)行催化活性測(cè)試。模擬煙氣由N2, O2,NO和NH3組成，其中NO 500 ppm, NH3 500 ppm, O2濃度為3 %，平衡氣為N2。將模擬煙氣通入反應(yīng)器中，控制空速為30000 h-1，在18(T310°C條件下測(cè)得NO的轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定在50 %以上。
【權(quán)利要求】
1.一種基于介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體的脫硝催化劑，其特征在于:在介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體上負(fù)載活性組分二氧化錳；其中，介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體的質(zhì)量百分比為85-95%，二氧化錳的質(zhì)量百分比為5-15%。
2.一種基于介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: a.介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體的制備過程 稱取一定量的P123溶于一定量的無水乙醇中；再分別稱取一定量的檸檬酸、硝酸鋁、硝酸鈰及磷鎢酸加入上述溶液中，保證P123、檸檬酸、硝酸鋁、硝酸鈰和磷鎢酸的質(zhì)量比為1:0.06-11.0:0.5-12:0.01-17.6:0.05-6.2，蒙上PE膜，劇烈攪拌一定時(shí)間，然后將樣品放入烘箱，于一定溫度下老化一定時(shí)間，而后進(jìn)行焙燒即得到介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體； b.活性組分MnO2的負(fù)載 按照等體積浸潰法，稱取一定量的硝酸錳溶于去離子水，將介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體加入到上述硝酸錳溶液中，介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體與硝酸錳之間的質(zhì)量比為1.3-4.7:1，在一定溫度下水浴攪拌一定時(shí)間；而后將樣品放入烘箱進(jìn)行干燥，最后焙燒即得到介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體脫硝催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟a中的攪拌時(shí)間為3-8h，老化溫度為50-90°C，老化時(shí)間為1_7天。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟b中的攪拌時(shí)間為Ι-lOh，水浴溫度為50-100°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟b中的干燥為干燥箱干燥，干燥溫度為60-120°C，干燥時(shí)間為2-24h。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于介孔鈰鎢鋁復(fù)合氧化物載體脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟a或b中的焙燒溫度為400-600°C，程序升溫速度為0.5-2°C /min,保溫時(shí)間為2-6h。
【文檔編號(hào)】B01J23/34GK104014330SQ201410254388
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】張登松, 施利毅, 方程, 高瑞華, 黃壘, 張劍平 申請(qǐng)人:上海大學(xué)