本發(fā)明涉及一種用于煙氣污染物脫除的催化劑，具體涉及一種用于同時脫除生物質燃燒煙氣中nox和co的催化劑及其制備方法。

背景技術：

1、生物質是一種綠色、可再生的清潔能源，相較于傳統(tǒng)的化石燃料具有低碳、污染小等優(yōu)勢。生物質燃燒煙氣的組分主要包括nox(100～500ppm)、co(200～1000ppm)、o2(5％～12％)和co2(3％～10％)等氣體，開發(fā)高效的生物質煙氣末端治理可在污染物脫除的同時實現(xiàn)負碳排放。

2、生物質煙氣等中低溫煙氣中同時含有nox和co多種污染物。目前，對于nox的去除已有大量研究基礎，其中氨氣選擇性催化還原(nh3-scr)技術是以nh3為還原劑將nox轉化為清潔的n2，其轉化效率較高、無二次污染，被廣泛應用于工業(yè)煙氣脫硝。目前比較成熟的商用催化劑為釩鈦系催化劑如v2o5-wo3/tio2，主要是將v2o5-wo3負載在tio2上制成，但是其工作溫度窗口較高一般為300～450℃。另外，在co存在時，理想狀態(tài)下，可以利用co為還原劑通過co-scr反應實現(xiàn)co和nox的同步脫除。但是，反應氣體中還存在一定濃度的o2，co在發(fā)生co-scr反應前會被o2氧化為co2，從而抑制co-scr反應的發(fā)生。因此，開發(fā)在中溫富氧條件下，用于nox和co同時脫除的新型催化劑對于煙氣減污降碳具有重要的研究價值和現(xiàn)實意義。

3、對于多污染物同時脫除的催化劑，通常包含兩種以上活性組分，常規(guī)的負載型催化劑表現(xiàn)出一定的局限性：過低的負載量會由于活性位點不足達不到高效的催化活性，而過高的負載量會導致活性位點的聚集和覆蓋，因此雙組分高度分散催化劑的構造被認為是解決該局限的有效途徑之一。

4、綜上所述，開發(fā)高活性的催化劑是實現(xiàn)煙氣中多污染物高效去除的關鍵。在混合金屬氧化物催化劑中，金屬之間可以通過電子效應和結構效應提升材料的催化性能。銅和釩通常被認為是高效的nh3-scr活性組分，大量研究者通過在al2o3上負載cuo或以wo3/tio2等金屬氧化物為載體負載v2o5，利用活性組分之間協(xié)同作用提升催化活性與穩(wěn)定性。同時大量報道也證實了cu對于co催化氧化為co2的反應過程同樣具有優(yōu)異的催化活性?；谝陨?，本技術結合類水滑石材料層間陰離子的可調控特性，以偏釩酸根插層替代傳統(tǒng)的v2o5負載，改變活性組分釩的引入方式，合成了層板含有銅、鋁，層間含有釩的類水滑石前驅體，通過高溫煅燒得到的催化劑可使釩原子摻雜在cuo中，提高釩在氧化物上的分散度，從而提高催化劑的反應活性。并優(yōu)化得到不同于傳統(tǒng)銅基和釩基催化劑的反應溫度窗口，使催化劑在中溫工作窗口保持較高的催化活性和穩(wěn)定性。

技術實現(xiàn)思路

1、針對傳統(tǒng)釩負載型催化劑的局限性，本發(fā)明提供了一種可在富氧條件下同時脫除氮氧化物(包括no2和no)和一氧化碳的催化劑及其制備方法，提升了活性組分的分散度以及催化活性。具有脫除效率高、溫度窗口適宜、制備方法簡單、易于工業(yè)化應用等特點。

2、為達到上述技術效果，本發(fā)明的技術方案如下：

3、一方面，本發(fā)明提供了一種中溫同時去除nox和co的銅基催化劑，其化學組成為cuwalxvyoz，且釩原子摻雜在cuo中，其中x、y、z分別為cu、v、o在催化劑中的摩爾分數(shù)，y/x為1～5，w/x為1～4。

4、所述的催化劑，該催化劑同時含有cu2+，al3+，v5+，活性組分為銅、釩的氧化物，載體為鋁的氧化物。

5、所述的催化劑，實現(xiàn)nox和co同時脫除的溫度區(qū)間為170～350℃，優(yōu)選的溫度區(qū)間為200～300℃，更優(yōu)選的溫度為220～270℃。

6、作為本發(fā)明優(yōu)選地技術方案，cuwalxvyoz中x＝1，y/x為3～5，w/x為4。

7、另一方面，本發(fā)明提供了一種中溫同時去除nox和co的銅基催化劑的制備方法，其制備方法包括以下步驟：(1)將銅鹽、鋁鹽以及偏釩酸鹽混合配成前驅體溶液；(2)將前驅體溶液加到堿性溶液中得到混合溶液，并控制混合溶液的ph值，將混合溶液老化；(3)采用有機溶劑對老化后的混合溶液進行洗滌、干燥后得到含有cu、v和al的類水滑石前驅體；(4)將得到的類水滑石前驅體材料高溫煅燒，得到所述的用于中溫nox和co同時脫除的銅基催化劑。

8、所述的制備方法，其步驟(1)中優(yōu)選地銅鹽為硝酸銅，鋁鹽為硝酸鋁，偏釩酸鹽為偏釩酸鈉或偏釩酸銨。

9、所述的制備方法，其步驟(2)中優(yōu)選地堿溶液為氫氧化鈉，濃度為1～4mol/l，混合溶液的ph值為9.5～10.5范圍內。

10、所述的制備方法，其步驟(2)中在隔絕空氣優(yōu)選曝氮氣、80℃的條件下進行，老化時間大于2小時。

11、所述的制備方法，其步驟(3)中優(yōu)選地有機溶劑為甲醇、乙醇、丙酮等。

12、所述的制備方法，其步驟(4)中優(yōu)選地煅燒時間為350～450℃，煅燒時間為3～5小時。

技術特征：

1.一種偏釩酸根插層cu基類水滑石衍生混合金屬氧化物催化劑，其化學組成為cuwalxvyoz，且釩原子摻雜在cuo中，其中w、x、y、z分別為cu、al、v、o在催化劑中的摩爾分數(shù)，y/x為1～5，w/x為1～4。

2.根據權利要求1所述的催化劑，其特征在于，催化劑同時含有cu2+、v5+、和al3+，且釩原子摻雜在cuo中；

3.根據權利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于，(1)采用銅鹽、鋁鹽以及偏釩酸鹽為合成原料；(2)采用共沉淀方法，在合成過程中用氫氧化鈉溶液維持體系ph；(3)老化后將溶液洗滌至中性并在有機溶劑中分散得到偏釩酸根插層銅鋁類水滑石前驅體；(4)將類水滑石前驅體在高溫下煅燒，得到催化劑。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，將偏釩酸鹽溶液滴入銅鹽和鋁鹽的混合液中；

5.根據權利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，采用堿溶液使步驟(2)中混合液的ph值控制在8～12范圍內；

6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述進行洗滌的過程具體為：在抽濾的條件下，用去離子水反復洗滌混合溶液至濾液ph值為中性，將獲得的濾餅置于盛有乙醇的容器中，在室溫的條件下充分攪拌后進行抽濾，并用乙醇洗滌2～3次；或在離心的條件下，用去離子水反復洗滌混合溶液至濾液ph值為中性，在采用有機溶劑離心數(shù)次；

7.根據權利要求3-5任一項所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)在隔絕空氣優(yōu)選曝氮氣；

8.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中高溫煅燒氣氛為空氣氣氛，煅燒溫度為300～500℃；

9.一種權利要求1所述催化劑的應用，氮氧化物的脫除采用nh3-scr技術，一氧化碳通過反應體系中的o2將其氧化為co2，其協(xié)同脫除nox與co的溫度區(qū)間為170～350℃；

技術總結
本發(fā)明公開了一種用于中溫條件下氮氧化物與一氧化碳同時脫除的銅基催化劑及其制備方法，所述催化劑以偏釩酸根插層銅鋁類水滑石為前驅體，通過高溫煅燒制備得到。其化學組成為Cu<subgt;w</subgt;Al<subgt;x</subgt;V<subgt;y</subgt;O<subgt;z</subgt;，且釩原子摻雜在CuO中，其中w、x、y、z分別為Cu、Al、V、O在催化劑中的摩爾分數(shù)，y/x為1～5，w/x為1～4。該催化劑能夠在中溫條件下高效催化還原氮氧化物，同時催化氧化煙氣中的一氧化碳，適用于生物質等煙氣中NO<subgt;x</subgt;和CO的同時脫除。

技術研發(fā)人員：王強,蘇麗瑤,高艷珊,桂蓉蓉
受保護的技術使用者：北京林業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/5