一種玻璃纖維布負(fù)載錳基低溫scr脫硝催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)廢氣處理和環(huán)保催化材料領(lǐng)域，具體涉及一種玻璃纖維布負(fù)載錳基低溫SCR脫硝催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮氧化物(N0X)不僅能導(dǎo)致酸雨的形成，而且可與臭氧等反應(yīng)，形成光化學(xué)煙霧。目前，光化學(xué)煙霧已成為僅次于可吸入顆粒物和二氧化硫的重要大氣污染物。值得注意的是，隨著N0X排放量逐年增加，區(qū)域酸沉降趨勢(shì)不斷惡化，大氣中二次顆粒物臭氧(03)和微細(xì)可吸入顆粒物(PM 2.5)居高難下，人體健康和生態(tài)環(huán)境受到了巨大威脅。氮氧化物的控制與治理勢(shì)在必行。
[0003]在眾多脫硝技術(shù)中，選擇性催化還原法(selective catalytic reduct1n,SCR)是一項(xiàng)比較有前景的脫硝技術(shù)。此技術(shù)是指在催化劑和氧氣存在條件下，利用還原劑(如NH3、H2、CO或碳?xì)浠衔锏?有選擇性的將N0X催化還原成仏和出0。SCR脫硝技術(shù)的核心就是SCR脫硝催化劑。根據(jù)工業(yè)上溫度的需要可以分為中高溫SCR脫硝催化劑和低溫SCR脫硝催化劑。其中，適用溫度范圍在200°C以內(nèi)的SCR低溫脫硝催化劑因其具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益得到了廣泛研究，目前對(duì)SCR低溫脫硝催化劑活性組分應(yīng)用和研究較多的是錳及其氧化物。
[0004]載體能使制成的催化劑具有合適的形狀、尺寸和機(jī)械強(qiáng)度，以符合工業(yè)反應(yīng)器的操作要求;載體可使活性組分分散在載體表面上，獲得較高的比表面積，提高單位質(zhì)量活性組分的催化效率。因此，SCR低溫脫硝催化劑常常被負(fù)載于特定的載體之上，常見的載體有二氧化鈦、氧化鋁、硅膠、氧化鋯、氧化鈰、活性炭及某些天然產(chǎn)物如浮石、硅藻土等。這些常用的載體通常具有較大的比表面積和較好的熱穩(wěn)定性，從而能夠促進(jìn)催化反應(yīng)的進(jìn)行和防止催化劑的燒結(jié)。此外，有些載體還有一些特殊的性能:Ce02作為載體時(shí)具有很好的儲(chǔ)氧功能，從而促進(jìn)了催化反應(yīng);分子篩具有離子交換性能、均一的分子大小的孔道、酸催化活性，并有良好的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性，可制成對(duì)許多反應(yīng)有高活性、高選擇性的催化劑。
[0005]目前，錳基SCR低溫脫硝催化劑的負(fù)載方法主要包括浸漬法、涂覆法、水熱合成法等。浸漬法因其具有操作步驟簡(jiǎn)單、制備周期短和安全節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，是目前為止采取較多的一種負(fù)載方式。但是由于其制備得到的樣品中催化劑的負(fù)載不均勻，牢固度較差，很難在環(huán)境復(fù)雜的實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中得到運(yùn)用，因此該種方法目前僅限于實(shí)驗(yàn)室制備使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種玻璃纖維布負(fù)載錳基低溫SCR脫硝催化劑及其制備方法，該方法簡(jiǎn)單、易操作，可解決錳基低溫SCR脫硝催化劑在負(fù)載中存在的負(fù)載不均勻、牢固度差等問題，適合推廣應(yīng)用。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0008]—種玻璃纖維布負(fù)載錳基低溫SCR脫硝催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0009]1)根據(jù)實(shí)際用途將玻璃纖維布剪成一定尺寸與形狀，放入肥皂水中浸泡后進(jìn)行洗滌、晾干;然后置于鹽酸溶液中進(jìn)行腐蝕處理，得預(yù)處理后的玻璃纖維布，干燥并稱重后，靜置備用;
[0010]2)將低溫脫硝錳系催化劑負(fù)載用低溫膠和錳基低溫SCR脫硝催化劑攪拌混合均勾，靜置備用；
[0011]3)將步驟1)所得預(yù)處理后的玻璃纖維布平鋪于不銹鋼工作臺(tái)上，利用噴涂機(jī)將步驟2)中混合均勻的低溫膠和錳基低溫SCR脫硝催化劑均勻涂覆到步驟1)所得預(yù)處理后的玻璃纖維布上，并置于烘箱內(nèi)干燥；
[0012]4)將步驟3)所得材料置于馬弗爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，冷卻得負(fù)載錳基低溫SCR脫硝催化劑的玻璃纖維布；
[0013]5)將步驟4)所得負(fù)載錳基低溫SCR脫硝催化劑的玻璃纖維布進(jìn)行紅外照射處理，即得所述的玻璃纖維布負(fù)載錳基低溫SCR脫硝催化劑。
[0014]上述方案中，步驟1)中所述肥皂水中浸泡時(shí)間為20?60min。
[0015]上述方案中，步驟1)中所述鹽酸溶液濃度為1?3mol/L，腐蝕處理時(shí)間為20?60mino
[0016]上述方案中，步驟2)中所述低溫脫硝錳系催化劑負(fù)載用低溫膠的體積與錳基SCR低溫脫硝催化劑的質(zhì)量之比為(2?10): 1。
[0017]上述方案中，步驟3)中所述涂覆厚度為0.2?1.2mm。
[0018]上述方案中，步驟4)中所述熱處理步驟為:加熱至200?400°C保溫2?6h。
[0019]上述方案中，步驟5)中所述紅外照射處理中選取的紅外光波段為中紅外波段(2.5?25ym)，處理時(shí)間10?30min。
[0020]上述方案中，所述低溫脫硝錳系催化劑負(fù)載用低溫膠的制備方法為:1)依次添加無水乙醇、水、異丙醇、正硅酸乙酯、鄰苯二酚和甲醛水溶液，進(jìn)行不斷攪拌與超聲分散，得均勻的混合液1;2)向所得混合液I中緩慢加入強(qiáng)酸，調(diào)節(jié)PH值至2?4，得混合液II，同時(shí)進(jìn)行攪拌和超聲分散;3)將混合液II加熱至70?90°C，并進(jìn)行恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)2?8h，至得粘性透明膠體，即為所述的低溫脫硝錳系催化劑負(fù)載用低溫膠。
[0021 ] 上述方案中，所述無水乙醇、水、正硅酸乙酯和異丙醇的體積比為(3?8): 1: (2?
4): (0.05?0.1);鄰苯二酚和甲醛水溶液的體積比為(1?1.2): 1;正硅酸乙酯與甲醛水溶液的體積比為(20?60): 1;強(qiáng)酸為鹽酸或硝酸，濃度為1?3mol/L。
[0022]上述方案中，步驟2)中所述錳基低溫SCR脫硝催化劑為MnOx(非負(fù)載型)、Mn0x/Ti02(負(fù)載型)或Cu-Mn0x/Ti02(負(fù)載型)型低溫SCR脫硝催化劑，其中MnOx的存在形式為Μη02、Μη2θ3、Μη3θ4中的一種或幾種。
[0023]根據(jù)上述方案制備的玻璃纖維布負(fù)載錳基低溫SCR脫硝催化劑，其在溫度范圍為80-180°C、空速為20000?30000h—1的條件下，其脫硝效率可達(dá)98%。
[0024]本發(fā)明的有益效果在于:
[0025]1)玻璃纖維布具有物理化學(xué)性能穩(wěn)定、絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好和機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)，利用玻璃纖維布負(fù)載錳基低溫SCR脫硝催化劑可以延長催化劑的使用壽命，提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度，并有效降低生產(chǎn)成本。同時(shí)，玻璃纖維布在做成煙氣過濾結(jié)構(gòu)的同時(shí)，發(fā)揮脫硝的作用。
[0026]2)本發(fā)明通過利用水解合成法制備得到的低溫脫硝錳系催化劑負(fù)載用低溫膠將錳基低溫SCR脫硝催化劑負(fù)載于玻璃纖維布表面，制備得到的材料中催化劑在玻璃纖維布上負(fù)載均勻，牢固度較好，且具有良好的脫硝性能。
[0027]3)通過對(duì)制備得到的催化材料進(jìn)行紅外處理，不僅可以提高催化劑和玻璃纖維布之間的牢固度，還能提高催化劑樣品的活性及其脫硝效率。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0029]以下實(shí)施例如無具體說明，采用的試劑市售化學(xué)試劑或工業(yè)產(chǎn)品。
[0030]以下實(shí)施例中，所述低溫脫硝錳系催化劑負(fù)載用低溫膠的制備方法為:1)依次將30ml無水乙醇、10ml去離子水、0.5ml異丙醇、20ml正硅酸乙酯、鄰苯二酚和甲醛(其中鄰苯二酚和甲醛水溶液的體積比為1:1，二者總體積為lml)加入三口燒瓶中，進(jìn)行不斷攪拌與超聲分散，持續(xù)30min，得均勻的混合液I; 2)向所得混合液I中緩慢加入鹽酸溶液(濃度為lmo 1 /L)，調(diào)節(jié)PH值為2，得混合液II，同時(shí)進(jìn)行攪拌和超聲分散，時(shí)間為1 Omin; 3)將混合液II以3°C/min的速率加熱至70°C，并進(jìn)行恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)8h，至得粘性透明膠體(在燒杯中有掛壁現(xiàn)象)，即為所述的低溫脫硝錳系催化劑負(fù)載用低溫膠。
[0031]以下實(shí)施例中采用的錳基低溫SCR脫硝催化劑為非負(fù)載型的MnOx低溫SCR脫硝催化劑，其制備方法包括如下步驟:1)將高錳酸鉀和醋酸錳以1:2的摩爾比分別溶解于蒸餾水;2)將所得醋酸錳溶液緩慢加入高錳酸鉀溶液中并充分?jǐn)嚢?，反?yīng)lOmin后抽濾并進(jìn)行超聲洗滌，直至濾液呈中性;3)將沉淀物置于烘箱中干燥后，置于馬弗爐中加熱至400°C焙燒3h，充分研磨后即得非負(fù)載型的MnOx低溫SCR脫硝催化劑(其主要成分為Μη02，還有少量Μη2θ3 和MrwCU)。
[0032]實(shí)施例1
[0033]—種玻璃纖維布負(fù)載錳基低溫SCR脫硝催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0034]1)根據(jù)實(shí)際用途將玻璃纖維布剪成一定尺寸與形狀，放入肥皂水中浸泡后洗滌、晾干，然后置于lmol/L的鹽酸中腐蝕20min，得預(yù)處理后的玻璃纖維布，干燥并稱重后，靜置備用;
[0035]2)將低溫脫硝錳系催化劑負(fù)載用低溫膠和錳基低溫SCR脫硝催化劑按低溫膠的體積與錳基低溫SCR脫硝催化劑的質(zhì)量為2:1的比例加入容器中，并用攪拌