專利名稱：復(fù)合型脫硝催化劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合型催化劑及其制備以及利用該催化劑在富氧條件下選擇性催化還原氮氧化物的方法。適用于熱電廠、冶煉廠和煉油廠等固定源排放煙氣中氮氧化物(NOx)的消除，屬于環(huán)境催化和大氣污染控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氮氧化物作為一種主要的大氣污染物，其引起的酸雨、光化學(xué)煙霧等問題已成為日益突出的全球性環(huán)境問題，因此，富氧條件下NOx的排放控制已成為目前大氣環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域中一個(gè)研究的熱點(diǎn)。氨氣選擇性催化還原(Selective catalytic reduction, SCR)被認(rèn)為是固定源NOx消除的最有效的方法之一，其核心問題是催化劑的研制。目前，工業(yè)化應(yīng)用的NH3-SCR催化劑，主要是V205-W03/Ti02催化劑，該催化劑在320-400°C范圍內(nèi)有良好的催化性能。但是，該催化劑存在的問題是催化劑成本高，并且活性組份V2O5的前軀體毒性 大，容易造成環(huán)境污染，當(dāng)溫度低于300°C時(shí)，催化劑的脫硝性能低。因此，研究開發(fā)成本低廉、活性溫度窗口寬、環(huán)境友好的非釩基SCR催化劑成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的研究熱點(diǎn)。本發(fā)明通過在Ce02/Ti02催化劑中加入MoO3,制備了一種對NOx脫除性能良好的新型復(fù)合型催化劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備工藝簡單且對氨選擇性還原NOx具有高效率的復(fù)合型催化劑及其制備方法。在Ce02/Ti02催化劑中添加MoO3,通過優(yōu)化催化劑的主次活性組份，發(fā)揮活性組份間的協(xié)同催化作用，改善催化劑的性能。從而制得了一種環(huán)境友好且NOx去除性能良好的復(fù)合型脫硝催化劑。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的采用二氧化鈦為載體，二氧化鈰為主活性組份，三氧化鎢為發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)的次活性組份，其組成表示為Ce02-W03/Ti02，二氧化鈰的質(zhì)量含量為5 15%，三氧化鑰的含量為
2-8% ο本發(fā)明提供了一種制備鈰鑰鈦復(fù)合型催化劑的方法，其特征在于該方法依次包括以下步驟(I)配制O. 5 I. OmoI/L的硝酸鈰溶液和O. 02、· 05 mol/L的鑰酸銨溶液；(2)取步驟(I)所得鑰酸銨溶液，3(T50°C水浴攪拌均勻；然后將二氧化鈦加入到該溶液中，攪拌2飛小時(shí)，制得漿料；(3)將步驟(2)中制得的漿料在120°C條件下烘干12 24小時(shí)，制得干燥樣品。將樣品置于馬弗爐中在500°C條件下焙燒Γ8小時(shí)，冷卻后，將樣品研磨成粉末；(4)取步驟(I)所得硝酸鈰溶液，3(T50°C水浴攪拌均勻；然后將(3)中得到的粉末加入到該溶液中，攪拌2飛小時(shí)，制得漿料；(5)將步驟(4)中制得的漿料在120°C條件下烘干12 24小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4 8小時(shí)，制得Ce02-Mo03/Ti02催化劑。本發(fā)明還提供了采用上述鈰鑰鈦復(fù)合型催化劑還原氮氧化物的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(I)將上述催化劑裝載在固定床反應(yīng)器當(dāng)中，反應(yīng)溫度控制在25(T400°C范圍；(2)以氨氣為還原劑，控制氣體總流量在20(T400 ml/min,空速在64，000 128，000 h'本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果不采用有毒性的活性組分V2O5,通過Ce02/Ti02催化劑中添加MoO3,發(fā)揮活性組份間的協(xié)同催化作用，有效改善了催化劑的低溫脫硝性能，拓寬了催化劑的活性溫度窗口，具備了高效催化凈化氮氧化物的性能，并且達(dá)到降低成本和提高使用安全性的目的，在25(T40(TC范圍內(nèi)，氮氧化物的凈化效率達(dá)83 98%。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明實(shí)施例I :10wt%Ce02_5wt%Mo03/Ti02復(fù)合型催化劑的制備a)取4. 96ml O. 03 mol/L的鑰酸銨溶液，30°C水浴攪拌均勻；然后將2. 55 g 二氧化鈦加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。b)將步驟a)中制得的漿料在120°C條件下烘干12小時(shí)，制得干燥樣品。將樣品置于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，冷卻后，將樣品研磨成粉末。c)取2. 18ml O. 80 mol/L硝酸鈰溶液，30°C水浴攪拌均勻；然后將b)中得到的粉末加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。d)將步驟c)中制得的漿料在120°C條件下烘干12小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，得Ce02-Mo03/Ti02催化劑。實(shí)施例2 10wt%Ce02-2wt%Mo03/Ti02復(fù)合型催化劑的制備a)取2. 98 ml O. 02 mol/L的鑰酸銨溶液，30°C水浴攪拌均勻；然后將2. 55 g 二氧化鈦加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。b)將步驟a)中制得的漿料在120°C條件下烘干12小時(shí)，制得干燥樣品。將樣品置于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，冷卻后，將樣品研磨成粉末。c)取2. 18 ml O. 80 mol/L硝酸鈰溶液，30°C水浴攪拌均勻；然后將b)中得到的粉末加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。d)將步驟c)中制得的漿料在120°C條件下烘干24小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，得Ce02-Mo03/Ti02催化劑。實(shí)施例3 10wt%Ce02-8wt%Mo03/Ti02復(fù)合型催化劑的制備a)取I. 86 ml O. 05 mol/L的鑰酸銨溶液，30°C水浴攪拌均勻；然后將2. 55 g 二氧化鈦加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。b)將步驟a)中制得的漿料在120°C條件下烘干18小時(shí)，制得干燥樣品。將樣品置于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，冷卻后，將樣品研磨成粉末。c)取2. 18 ml 0. 80 mol/L硝酸鈰溶液，30°C水浴攪拌均勻；然后將b)中得到的粉末加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。
d)將步驟c)中制得的漿料在120°C條件下烘干24小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，得Ce02-Mo03/Ti02催化劑。實(shí)施例4 5wt%Ce02-5wt%Mo03/Ti02復(fù)合型催化劑的制備a)取4. 96ml O. 03 mol/L的鑰酸銨溶液，50°C水浴攪拌均勻；然后將2. 55 g 二氧化鈦加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。b)將步驟a)中制得的漿料在120°C條件下烘干24小時(shí)，制得干燥樣品。將樣品置于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，冷卻后，將樣品研磨成粉末。c)取I. 74ml O. 50 mol/L硝酸鈰溶液，50°C水浴攪拌均勻；然后將b)中得到的粉末加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。d)將步驟c)中制得的漿料在120°C條件下烘干24小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，得Ce02-Mo03/Ti02催化劑。 實(shí)施例5 15wt%Ce02-5wt%Mo03/Ti02復(fù)合型催化劑的制備a)取4. 96ml O. 03 mol/L的鑰酸銨溶液，40°C水浴攪拌均勻；然后將2. 55 g 二氧化鈦加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。b)將步驟a)中制得的漿料在120°C條件下烘干24小時(shí)，制得干燥樣品。將樣品置于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，冷卻后，將樣品研磨成粉末。c)取I. 31ml I. 00 mol/L硝酸鈰溶液，40°C水浴攪拌均勻；然后將b)中得到的粉末加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。d)將步驟c)中制得的漿料在120°C條件下烘干24小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，得Ce02-Mo03/Ti02催化劑。實(shí)施例6 (參比)5wt%Ce02/Ti02催化劑的制備a)取I. 74ml O. 50 mol/L硝酸鈰溶液，40°C水浴攪拌均勻；然后將2. 55 g 二氧化鈦加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。b)將步驟a)中制得的漿料在120°C條件下烘干24小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，得Ce02/Ti02催化劑。實(shí)施例7 (參比)10wt%Ce02/Ti02催化劑的制備a)取2. 18 ml 0. 80 mol/L硝酸鈰溶液，30°C水浴攪拌均勻；然后將2. 55 g 二氧化鈦加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。b)將步驟a)中制得的漿料在120°C條件下烘干12小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，得Ce02/Ti02催化劑。實(shí)施例8 (參比)15wt%Ce02/Ti02催化劑的制備a)取I. 31ml I. 00 mol/L硝酸鈰溶液，50°C水浴攪拌均勻；然后將2. 55 g 二氧化鈦加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。b)將步驟a)中制得的漿料在120°C條件下烘干12小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，得Ce02/Ti02催化劑。實(shí)施例9 :催化劑的制備方法與實(shí)施例I相同，將0. 12克催化劑置于連續(xù)流動(dòng)固定床反應(yīng)器中，反應(yīng)氣組成為0.05% N0,0. 05% NH3, 5% O2，用氮?dú)庾銎胶鈿猓磻?yīng)氣的流速為300 ml/min，空速為128,000 h—1?；钚栽u(píng)價(jià)溫度范圍為250-400 °C，不同溫度下，催化劑還原NOx的轉(zhuǎn)化率見表I。
實(shí)施例10 :催化劑的制備方法與實(shí)施例2相同，將O. 12克催化劑置于連續(xù)流動(dòng)固定床反應(yīng)器中，反應(yīng)氣組成為O. 05% NO, O. 05% NH3, 5% O2，用氮?dú)庾銎胶鈿?，反?yīng)氣的流速為300 ml/min，空速為128,000 h—1。活性評(píng)價(jià)溫度范圍為250-400 °C，不同溫度下，催化劑還原NOx的轉(zhuǎn)化率見表I。實(shí)施例11 :催化劑的制備方法與實(shí)施例3相同，將O. 12克催化劑置于連續(xù)流動(dòng)固定床反應(yīng)器中，反應(yīng)氣組成為O. 05% NO, O. 05% NH3, 5% O2，用氮?dú)庾銎胶鈿?，反?yīng)氣的流速為300 ml/min，空速為128,000 h—1?；钚栽u(píng)價(jià)溫度范圍為250-400 °C，不同溫度下，催化劑還原NOx的轉(zhuǎn)化率見表I。表I Ce02-Mo03/Ti02和Ce02/Ti02，催化劑活性評(píng)價(jià)結(jié)果
權(quán)利要求
1.復(fù)合型脫硝催化劑，其特征在于該催化劑以二氧化鈦為載體，二氧化鈰為主活性組份，三氧化鎢為發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)的次活性組份，其組成表示為Ce02-Mo03/Ti02，其中二氧化鈰的質(zhì)量含量為5 15%，三氧化鑰的含量為2-8%。
2.如權(quán)利要求I所述的復(fù)合型脫硝催化劑的制備方法，其特征在于該方法依次包括以下步驟 (1)配制O.5 I. OmoI/L的硝酸鈰溶液和O. 02 O. 05 mol/L的鑰酸銨溶液； (2)取步驟(I)所得鑰酸銨溶液，3(T5(TC水浴攪拌均勻；然后將二氧化鈦加 入到該溶液中，攪拌2飛小時(shí)，制得漿料； (3)將步驟(2)中制得的漿料在120°C條件下烘干12 24小時(shí)，制得干燥樣品。
將樣品置于馬弗爐中在500°C條件下焙燒Γ8小時(shí)，冷卻后，將樣品研磨成粉末； (4)取步驟(I)所得硝酸鈰溶液，3(T50°C水浴攪拌均勻；然后將(3)中得 到的粉末加入到該溶液中，攪拌2飛小時(shí)，制得漿料； (5)將步驟(4)中制得的漿料在120°C條件下烘干12 24小時(shí)，然后于馬弗爐 中在500°C條件下焙燒4 8小時(shí)，制得Ce02-Mo03/Ti02催化劑。
3.—種如權(quán)利要求I所述催化劑的應(yīng)用方法，其特征在于，該應(yīng)用方法包括以下步驟 (1)將上述催化劑裝載在固定床反應(yīng)器當(dāng)中，反應(yīng)溫度控制在25(T400°C范圍； (2)以氨氣為還原劑，控制氣體總流量在20(T400ml/min,空速在 ,64，000 128，000 h'
全文摘要
復(fù)合型脫硝催化劑及其制備方法和應(yīng)用屬于環(huán)境催化和大氣污染控制技術(shù)領(lǐng)域。該催化劑以二氧化鈦為載體，二氧化鈰為主活性組份，三氧化鉬為發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)的次活性組份，采用分步浸漬法制備。其特點(diǎn)是三氧化鉬的加入明顯地提高了鈰鈦催化劑的脫硝性能，活性溫度窗口得到了拓寬，并且催化劑的抗水性能也得到明顯提高。所提供的還原氮氧化物的方法是將催化劑裝載在固定床反應(yīng)器中，反應(yīng)溫度控制在250~400℃范圍；以氨為還原劑。本發(fā)明制備的鈰鉬鈦復(fù)合型催化劑，空速為12,8000h-1時(shí)，在250~400℃范圍內(nèi)，氮氧化物的凈化效率達(dá)83~98%。
文檔編號(hào)B01D53/56GK102909004SQ20121043543
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月4日
發(fā)明者劉志明, 張紹軒, 易揚(yáng) 申請人:北京化工大學(xué)