形貌效應(yīng)強(qiáng)化低溫活性的脫硝催化劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于大氣污染控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及形貌效應(yīng)強(qiáng)化低溫活性的脫硝催化 劑的制備及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 氮氧化物(NOx)作為大氣中的主要污染物之一，不僅會對大氣環(huán)境和土壤造成嚴(yán) 重的污染，形成酸雨和光化學(xué)煙霧，造成土壤質(zhì)量下降，農(nóng)作物產(chǎn)量降低等;還會對人體健 康造成嚴(yán)重影響和危害。隨著大氣環(huán)境污染形勢的日益嚴(yán)峻，環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)也不斷提高。因此， 各個國家都對其排放進(jìn)行了嚴(yán)格的控制和規(guī)定。而作為氮氧化物主要來源的燃煤電廠，其 主要采用選擇性催化還原法(SCR)對氮氧化物(NOx)進(jìn)行控制和脫除，該法主要是在催化劑 的作用下，通過催化反應(yīng)將氮氧化物(NOx)進(jìn)行有效地脫除。因此，催化反應(yīng)過程中的脫硝 催化劑就成為該技術(shù)的核心。
[0003] 目前，國內(nèi)外電廠廣泛使用的SCR脫硝催化劑主要是V-W-Ti體系催化劑，該催化劑 在350~400Γ的溫度區(qū)間可以發(fā)揮較高的催化活性，脫硝效率較好;同時，具備一定的抗硫 性。但是該催化劑體系也存在一定的問題。首先，催化劑的核心配方和生產(chǎn)技術(shù)主要來自于 國外，造成催化劑的價格和使用成本較高；其次，催化劑活性發(fā)揮的溫度較高，活性溫度窗 口較窄。此外，由于，需要在較高的溫度下才可以發(fā)揮活性，因此，需要將脫硝系統(tǒng)安裝在脫 硫和除塵系統(tǒng)前，煙氣中較高的塵和硫容易縮短催化劑的使用壽命;若將脫硝系統(tǒng)安裝在 脫硫和除塵系統(tǒng)后，由于煙氣溫度很低，需要對煙氣再熱，則需要大量的能耗，不符合節(jié)能 環(huán)保；同時，在較高的溫度下，會產(chǎn)生一定量的N 2O，以及部分502向SO3的轉(zhuǎn)化會加劇催化劑 中毒等問題，也縮短了催化劑的使用壽命。
[0004] 為了克服商用脫硝催化劑存在的問題，制備低溫活性高、選擇性強(qiáng)、溫度窗口寬和 成本低的脫硝催化劑成為解決問題的關(guān)鍵。因此，國內(nèi)外研究人員針對低溫脫硝催化劑進(jìn) 行了大量的研究，主要包括Mn基、Ce基和復(fù)合金屬氧化物催化劑等。但是研究都主要很對無 定型的金屬氧化物活性組分展開，制備方法比較復(fù)雜，低溫催化活性和選擇性不夠高，活性 溫度窗口也不夠?qū)?，這都限制了催化劑的進(jìn)一步工業(yè)應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供形貌效應(yīng)強(qiáng)化低溫活性的脫硝催化劑，實(shí)現(xiàn)催 化劑的低溫催化活性和選擇性;本發(fā)明的另一目的是提供形貌效應(yīng)強(qiáng)化低溫活性的脫硝催 化劑的制備方法，該方法簡單可控、成本低廉且選擇性高;本發(fā)明的另一目的是提供形貌效 應(yīng)強(qiáng)化低溫活性的脫硝催化劑的應(yīng)用。
[0006] 技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] 形貌效應(yīng)強(qiáng)化低溫活性的脫硝催化劑的制備方法，包括如下步驟：
[0008] 1)稱取Ce〇2載體溶于去離子水中，按照Mn、Ce摩爾比1.5:5~2:5的比例量取硝酸 錳溶液，將稱取的CeO 2載體倒入硝酸錳溶液中，得到反應(yīng)液；
[0009] 2)將反應(yīng)液在油浴下蒸干，油浴溫度為105~115°C，然后將所得物質(zhì)放入烘箱在 105~115°C條件下烘干，得到烘干物；
[0010] 3)將烘干物在馬弗爐395~405°C條件下焙燒3~4h，得到以CeO2為載體的形貌效 應(yīng)強(qiáng)化低溫活性的脫硝催化劑；
[0011] 其中，步驟1)中稱取的CeO2載體選自立方體、八面體或棒狀形貌CeO2載體，對應(yīng)步 驟3)中制備得到分別以立方體、八面體和棒狀CeO 2為載體的形貌效應(yīng)強(qiáng)化低溫活性的脫硝 催化劑。
[0012] 將以立方體、八面體和棒狀CeO2為載體的形貌效應(yīng)強(qiáng)化低溫活性的脫硝催化劑壓 片、粉碎過篩得到40~60目的顆粒狀催化劑成品；分別標(biāo)記為Mn-CeO 2(C)、Mn-Ce02(o)、Mn-Ce02(r)〇
[0013] 步驟1)中稱取的CeO2載體為立方體CeO2，立方體CeO2制備方法為:稱取9.6g固體氫 氧化鈉溶于30ml的去離子水中，調(diào)節(jié)堿液濃度至6mol/L，然后溶解冷卻至室溫;稱取2mmol， 即〇.87g硝酸亞鈰溶于IOml的去離子水中，攪拌溶解至室溫，將二者混合攪拌半小時，然后 將形成的絮狀液體轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，在180°C下水熱反應(yīng)24h，水熱反應(yīng)結(jié)束后將混合 物取出，離心分離，用蒸餾水洗滌至中性，將混合物放入烘箱中在Il〇°C下干燥12h，最后將 所得干燥物取出后在馬弗爐中400 °C條件下焙燒3h，得到立方體CeO2。
[0014] 步驟1)中稱取的CeO2載體為八面體CeO2，八面體CeO2制備方法為：稱取ImmolJP 0.43g硝酸亞鋪溶于25ml的去離子水中，加入15ml甲苯，完全溶解后加入0.15ml叔丁胺，攪 拌半小時后將絮狀液體轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，在180°C水熱反應(yīng)24h，水熱反應(yīng)結(jié)束將混合 物取出，離心分離，用乙醇洗滌3次，將所得物放入烘箱中110°C干燥12h，取出后在馬弗爐中 400 °C條件下焙燒3h，得到八面體CeO2。
[0015]步驟1)中稱取的CeO2載體為棒狀CeO2，棒狀CeO2制備方法為:稱取9.6g氫氧化鈉溶 于30ml的去離子水中，調(diào)節(jié)堿液濃度至6mol/L，然后溶解冷卻至室溫;稱取2mmol，即0.49g 無水氯化亞鈰溶于IOml的去離子水中，攪拌溶解至室溫，將二者混合攪拌半小時，然后將形 成的絮狀液體轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)爸中，在140°C下水熱反應(yīng)18h，水熱反應(yīng)結(jié)束后將混合物取 出，離心分離，用蒸餾水洗滌至檢測不出氯離子，將混合物放入烘箱中在IHTC下干燥12h， 最后將所得干燥物取出后在馬弗爐中400 °C條件下焙燒3h，得到棒狀CeO2。
[0016] 所述的脫硝催化劑化學(xué)式Mn-CeO2,其中，Mn和Ce的摩爾比為0.3~0.4。
[0017] 所述的形貌效應(yīng)強(qiáng)化低溫活性的脫硝催化劑作為低溫脫硝催化劑在燃煤電廠、水 泥廠和玻璃爐窯的煙氣凈化裝置尾端的應(yīng)用。
[0018] 有益效果:本發(fā)明的形貌效應(yīng)強(qiáng)化低溫活性的脫硝催化劑，相比于目前商用V-W-Ti催化劑，本發(fā)明的催化劑載體為CeO2,而我國稀土資源豐富，因此制備成本低廉，同時，對 環(huán)境二次污染小，具備低溫活性和選擇性高、活性溫度窗口寬，有廣闊的市場應(yīng)用前景;在 CeO2載體的形貌效應(yīng)強(qiáng)化脫硝催化劑低溫催化活性的基礎(chǔ)上，通過鈰氧化物和錳氧化物之 間的協(xié)同催化作用，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)催化劑低溫催化活性的充分發(fā)揮;本發(fā)明的形貌效應(yīng)強(qiáng)化 低溫活性的脫硝催化劑的制備方法，以鈰的前驅(qū)體制備不同形貌的CeO 2載體，采用水熱合 成法，在有效控制形貌的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮兩種活性成分的協(xié)同催化作用，制備方法簡單可 控，操作工藝方便，便于工業(yè)放大制備;本發(fā)明的形貌效應(yīng)強(qiáng)化低溫活性的脫硝催化劑可應(yīng) 用于燃煤電廠、水泥廠、玻璃爐窯等煙氣凈化裝置的尾端，節(jié)能環(huán)保，可以降低和免受催化 劑中毒，延長催化劑的使用壽命。
【附圖說明】
[0019]圖1是立方體CeO2的電鏡圖；
[0020]圖2是八面體CeO2的電鏡圖；
[0021]圖3是棒狀CeO2的電鏡圖；
[0022]圖4是不同Mn-CeO2催化劑的脫硝效率；
[0023] 圖5是Mn-CeO2 (c)催化劑的N2選擇性。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0025]圖1-圖3所示圖片中的文字為截圖自動生成的比例，不影響本申請想要表達(dá)的內(nèi) 容。
[0026]不同形貌CeO2載體的制備方法，其特征步驟如下：
[0027] (1)立方體CeO2:稱取一定量(9.6g)固體氫氧化鈉溶于30ml的去離子