一种纳米V₂O₅/活性焦脱硝催化剂及其制备方法

专利名称：一种纳米V₂O₅/活性焦脱硝催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于脱硝催化剂技术领域，具体是涉及一种纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂及其制备方法。
背景技术：
我国的能源构成以煤炭 为主，其消费量占一次能源总消费量的70%，这种局面在今后相当长的时间内不会改变。火电厂以煤作为主要燃料进行发电，煤燃烧过程产生的SOjPNOx排放于大气中，是形成“酸雨”和“酸雾”的主要原因之一，其中氮氧化物和碳氢化合物结合形成光化学烟雾，已严重影响到人类的生产和生活。当前，我国烟气脱硫技术比较成熟，年脱硫能力亦较强；而NOx的排放量仍持续快速增张，按目前的增长速度，预计到2015-2020年，NOx的排放总量将会超过SO2成为电力行业排放的第一大酸性污染气体。因此，脱硝技术已引起政府和技术人员的关注。目前以NH3为还原剂选择性催化还原(SCR)技术是目前工业应用最为广泛的脱硝技术。应用最广泛的SCR催化剂是以TiO2为载体，以V2O5或V2O5-WO3或V2O5-MoO3为活性成分。但为避免形成硫酸铵盐，进而堵塞催化剂的孔结构，造成催化剂失活，故此类SCR催化剂在实际应用过程中的操作温度必须高于350°C。由于大多数锅炉配置紧凑，在350°C温区加装SCR脱硝装置非常困难，而在排烟温区(12(T25(TC)加装SCR脱硝装置需要将烟气加热，从而造成闻能耗和闻操作成本。目前，采用活性焦(AC)为载体，V2O5为活性组分开发出可在200°C左右脱除烟气中NO的催化剂(马建蓉等.同时脱除烟气中硫和硝的V2O5 /AC催化剂研究[J].燃料化学学报，2005，33 :6-11)，将活性焦磨碎，筛分至30飞0目，浸溃偏钒酸铵溶液，煅烧后制的V2O5 /AC催化剂，脱硝率稳定在60%左右；
还有研究发现，V205/AC上搭载WO3和MoO3对SCR活性有抑制作用(Zhu . Catalytic NOreduction with ammonia at low temperatures on V2O5/AC catalysts effect of metaloxides addition and SO2[J]. Applied Catalysis B :Environmental, 2001, 30 :267_276)。以上技术均是将粉末状活性焦作为载体，在工业上不利于操作，并易引起粉尘污染；且催化剂均采用偏钒酸铵和草酸溶液浸溃，煅烧后制得，脱硝率相对较低。

发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种工业上易于操作、避免引起粉尘污染、脱硝率高的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂及其制备方法。本发明的目的通过以下技术方案实现纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的组分是 圆柱状活性焦 80 99wt% ；
纳米 V2O50. 5 10wt% ；
Fe2O30. 5^10wt%o所述的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的制备方法为以下步骤步骤I、制备硝酸铁溶液
根据纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂中Fe2O3的含量，按照Fe (NO3) 3 ·9Η20颗粒Fe2O3的质量比为5. 05 1称取？6(勵3)3*9!120颗粒；再向所称取的？6(勵3)3*9!120颗粒中加入去离子水，该去离子水的加入量以制成的硝酸铁溶液能被步骤2所要加入的圆柱状活性焦完全吸收为准，制成硝酸铁溶液。步骤2、制备负载Fe2O3的圆柱状活性焦
先将圆柱状活性焦浸溃于步骤 I所制成的硝酸铁溶液中，在室温条件下浸溃广5小时，将圆柱状活性焦取出，在4(T60°C条件下干燥l(Tl2h，再在10(T12(TC条件下干燥4 6h，然后在40(T50(TC条件下于氮气气氛中煅烧3飞h，最后在20(T26(TC条件下于空气气氛中煅烧3飞h，制得负载Fe2O3的圆柱状活性焦。所述圆柱状活性焦的直径为5 10mm，长度为l(Tl5mm，水分< 3wt%，灰分< 14wt%，碘吸附值为30(T400mg/g。步骤3、制备纳米V2O5
按照V2O5粉末双氧水溶液为IKg (40 45)L的配比将V2O5粉末加入10 20被％双氧水溶液中，搅拌O. 5 2h，转入高压反应釜中，在180°C条件下反应24h ;然后在800(Tl0000r/min条件下离心30min，再将离心后的沉淀物于5(T60°C条件下干燥7 8h，制得纳米V205。步骤4、制备纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂
根据纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂中纳米V2O5的含量，向步骤3所制备的纳米V2O5中加入去离子水，该去离子水的加入量以配成的纳米V2O5溶液能被所要加入的负载Fe2O3的圆柱状活性焦完全吸收为准，配成纳米V2O5溶液；将配成的纳米V2O5溶液搅拌llh，再向搅拌后的纳米V2O5溶液中加入步骤2所制得的负载Fe2O3圆柱状的活性焦，在室温条件下浸溃r5h,然后在4(T60°C条件下干燥l(Tl2h，制得纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂。在上述技术方案中所述Fe (NO3) 3 · 9H20颗粒中Fe (NO3) 3 · 9H20的含量彡98wt% ；所述V2O5粉末中V2O5的含量彡99wt%。本发明具有以下积极效果
(I)本发明采用圆柱状活性焦，在工业上易于操作，且能避免引起粉尘污染。圆柱状活性焦有丰富的微孔结构而具有良好的吸附性能，所制备的V2O5/活性焦脱硝催化剂具有良好的脱硝活性。(2)本发明采用纳米V2O5作为催化剂的活性组分，制备的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂中的纳米V2O5呈条状，这种条状的纳米V2O5具有较高的晶面能量，能显著提高催化剂的脱硝活性，脱硝率> 85%。因此，本发明制备的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂具有工业上易于操作、避免引起粉尘污染和脱硝率高的优点。


图I为本发明制备的一种纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
本具体实施方式
中所述Fe (NO3) 3 · 9H20颗粒中Fe (NO3) 3 · 9H20的含量> 98wt% ；所述V2O5粉末中V2O5的含量> 99wt%,实施例中不再赘述。实施例I
一种纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂及其制备方法。纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的组分
是:
圆柱状活性焦 8(T85wt% ；
纳米 V2O57. 5 10wt% ；
Fe2O37. 5^10wt%o所述的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的制备方法是
步骤I、制备硝酸铁溶液
根据纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂中Fe2O3的含量，按照Fe (NO3) 3 ·9Η20颗粒Fe2O3的质量比为5. 05 1称取？6(勵3)3*9!120颗粒；再向所称取的？6(勵3)3*9!120颗粒中加入去离子水，该去离子水的加入量以制成的硝酸铁溶液能被步骤2所要加入的圆柱状活性焦完全吸收为准，制成硝酸铁溶液。步骤2、制备负载Fe2O3的圆柱状活性焦
先将圆柱状活性焦浸溃于步骤I所制成的硝酸铁溶液中，在室温条件下浸溃广3小时，将圆柱状活性焦取出，在4(T60°C条件下干燥l(Tl2h，再在10(T12(TC条件下干燥4 6h，然后在40(T50(TC条件下于氮气气氛中煅烧3 5h，最后在20(T26(TC条件下于空气气氛中煅烧:T5h，制得负载Fe2O3的圆柱状活性焦。所述圆柱状活性焦的直径为5 10mm，长度为l(Tl5mm，水分< 3wt%，灰分< 14wt%，碘吸附值为30(T400mg/g。步骤3、制备纳米V2O5
按照V2O5粉末双氧水溶液为IKg (40 45)L的配比将V2O5粉末加入10 20被％双氧水溶液中，搅拌O. 5 2h，转入高压反应釜中，在180°C条件下反应24h ;然后在800(Tl0000r/min条件下离心30min，再将离心后的沉淀物于5(T60°C条件下干燥7 8h，制得纳米V205。步骤4、制备纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂
根据纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂中纳米V2O5的含量，向步骤3所制备的纳米V2O5中加入去离子水，该去离子水的加入量以配成的纳米V2O5溶液能被所要加入的负载Fe2O3的圆柱状活性焦完全吸收为准，配成纳米V2O5溶液；将配成的纳米V2O5溶液搅拌llh，再向搅拌后的纳米V2O5溶液中加入步骤2所制得的负载Fe2O3圆柱状的活性焦，在室温条件下浸溃r3h,然后在4(T60°C条件下干燥l(Tl2h，制得纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂。本实施例的应用方法将本实施例制备的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂装入固定床反应器中，通入模拟烟气。模拟烟气的组成为N0浓度为500ppm，NH3浓度为500ppm，O2浓度为5%，其余为N2。反应温度为200°C，反应压力为常压，反应空速为3000 L/(Kg*h)。脱硝率彡86. 2%。实施例2
一种纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂及其制备方法。纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的组分同实施例I。所述的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的制备方法是步骤I、制备硝酸铁溶液 同实施例I的步骤I。步骤2、制备负载Fe2O3的圆柱状活性焦
先将圆柱状活性焦浸溃于步骤I所制成的硝酸铁溶液中，在室温条件下浸溃3飞小时，将圆柱状活性焦取出，在4(T60°C条件下干燥l(Tl2h，再在10(T12(TC条件下干燥4 6h，然后在40(T50(TC条件下于氮气气氛中煅烧4 6h，最后在20(T26(TC条件下于空气气氛中煅烧4 6h，制得负载Fe2O3的圆柱状活性焦。所述圆柱状活性焦的直径为5 10mm，长度为l(Tl5mm，水分< 3wt%，灰分< 14wt%，碘吸附为值30(T400mg/g。 步骤3、制备纳米V2O5 同实施例I的步骤3。步骤4、制备纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂
根据纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂中纳米V2O5的含量，向步骤3所制备的纳米V2O5中加入去离子水，该去离子水的加入量以配成的纳米V2O5溶液能被所要加入的负载Fe2O3的圆柱状活性焦完全吸收为准，配成纳米V2O5溶液；将配成的纳米V2O5溶液搅拌llh，再向搅拌后的纳米V2O5溶液中加入步骤2所制得的负载Fe2O3圆柱状的活性焦，在室温条件下浸溃3飞h，然后在4(T60°C条件下干燥l(Tl2h，制得纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂。本实施例的应用方法将本实施例制备的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂装入固定床反应器中，通入模拟烟气。模拟烟气的组成为N0浓度为500ppm，NH3浓度为500ppm，O2浓度为5%，其余为N2。反应温度为200°C，反应压力为常压，反应空速为3000 L/(Kg*h)。脱硝率彡85. 8%。实施例3
一种纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂及其制备方法。纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的组分
是:
圆柱状活性焦 85 90wt% ；
纳米 V2O55 7. 5wt% ；
Fe2O35 7. 5wt%。所述的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的制备方法同实施例I。本实施例的应用方法将本实施例制备的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂装入固定床反应器中，通入模拟烟气。模拟烟气的组成为N0浓度为500ppm，NH3浓度为500ppm，O2浓度为5%，其余为N2。反应温度为200°C，反应压力为常压，反应空速为3000 L/(Kg*h)。脱硝率彡88. 3%。实施例4
一种纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂及其制备方法。纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的组分同实施例3。所述的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的制备方法同实施例2。本实施例的应用方法将本实施例制备的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂装入固定床反应器中，通入模拟烟气。模拟烟气的组成为N0浓度为500ppm，NH3浓度为500ppm，O2浓度为5%，其余为N2。反应温度为200°C，反应压力为常压，反应空速为3000 L/(Kg*h)。脱硝率≥87. 9%。实施例5
一种纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂及其制备方法。纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的组分
是: 圆柱状活性焦 9(T95wt% ；
纳米 V2O52. 5 5wt% ；
Fe2O32. 5 5wt%。所述的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的制备方法同实施例I。本实施例的应用方法将本实施例制备的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂装入固定床反应器中，通入模拟烟气。模拟烟气的组成为N0浓度为500ppm，NH3浓度为500ppm，O2浓度为5%，其余为N2。反应温度为200°C，反应压力为常压，反应空速为3000 L/(Kg*h)。脱硝率≥91. 0%。实施例6
一种纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂及其制备方法。纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的组分同实施例5。所述的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的制备方法同实施例2。本实施例的应用方法将本实施例制备的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂装入固定床反应器中，通入模拟烟气。模拟烟气的组成为N0浓度为500ppm，NH3浓度为500ppm，O2浓度为5%，其余为N2。反应温度为200°C，反应压力为常压，反应空速为3000 L/(Kg*h)。脱硝率≥90. 5%。实施例7
一种纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂及其制备方法。纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的组分
是: 圆柱状活性焦 95、9wt% ；
纳米 V2O5O. 5 2. 5wt% ；
Fe2O3O. 5 2. 5wt%。所述的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的制备方法同实施例I。本实施例的应用方法将本实施例制备的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂装入固定床反应器中，通入模拟烟气。模拟烟气的组成为N0浓度为500ppm，NH3浓度为500ppm，O2浓度为5%，其余为N2。反应温度为200°C，反应压力为常压，反应空速为3000 L/(Kg*h)。脱硝率≥92. 1%。实施例8
一种纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂及其制备方法。纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的组分同实施例7。所述的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的制备方法同实施例2。本实施例的应用方法将本实施例制备的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂装入固定床反应器中，通入模拟烟气。模拟烟气的组成为N0浓度为500ppm，NH3浓度为500ppm，O2浓度为5%，其余为N2。反应温度为200°C，反应压力为常压，反应空速为3000 L/(Kg*h)。脱硝率≥91. 7%。
本具体实施方式
具有以下积极效果
(I)本具体实施方式
采用圆柱状活性焦，在工业上易于操作，且能避免引起粉尘污染。圆柱状活性焦有丰富的微孔结构而具有良好的吸附性能，所制备的V2O5/活性焦脱硝催化剂具有良好的脱硝活性。(2)本具体实施方式
采用纳米V2O5作为催化剂的活性组分，所制备的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂如图I所示，纳米V2O5呈条状，这种条状的纳米V2O5具有较高的晶面能量，能显著提高催化剂的脱硝活性，脱硝率> 85%。
因此，本具体实施方式
制备纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂具有工业上易于操作、避免引起粉尘污染、脱硝率高的优点。
权利要求
1.一种纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂，其特征在于所述纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的组分是 圆柱状活性焦 80 99wt% ； 纳米 V2O50. 5 10wt% ； Fe2O30. 5^10wt%o
2.如权利要求I所述的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的制备方法，其特征在于该制备方法的步骤是 步骤I、制备硝酸铁溶液 根据纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂中Fe2O3的含量，按照Fe (NO3) 3 *9H20颗粒Fe2O3的质量比为5. 05 1称取？6(勵3)3*91120颗粒；再向所称取的？6(勵3)3*91120颗粒中加入去离子水，该去离子水的加入量以制成的硝酸铁溶液能被步骤2所加入的圆柱状活性焦完全吸收为准，制成硝酸铁溶液； 步骤2、制备负载Fe2O3的圆柱状活性焦 先将圆柱状活性焦浸溃于步骤I所制成的硝酸铁溶液中，在室温条件下浸溃广5小时，将圆柱状活性焦取出，在4(T60°C条件下干燥l(Tl2h，再在10(T12(TC条件下干燥4 6h，然后在40(T50(TC条件下于氮气气氛中煅烧3飞h，最后在20(T26(TC条件下于空气气氛中煅烧3飞h，制得负载Fe2O3的圆柱状活性焦； 所述圆柱状活性焦的直径为5 10mm，长度为l(Tl5mm，水分< 3wt%，灰分< 14wt%，碘吸附值为 30(T400mg/g ； 步骤3、制备纳米V2O5 按照V2O5粉末双氧水溶液为IKg (40 45)L的配比将V2O5粉末加入10 20被％双氧水溶液中，搅拌0. 5 2h，转入高压反应釜中，在180°C条件下反应24h ;然后在800(Tl0000r/min条件下离心30min，再将离心后的沉淀物于5(T60°C条件下干燥7 8h，制得纳米V2O5 ；步骤4、制备纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂 根据纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂中纳米V2O5的含量，向步骤3所制备的纳米V2O5中加入去离子水，该去离子水的加入量以配成的纳米V2O5溶液能被所要加入的负载Fe2O3的圆柱状活性焦完全吸收为准，配成纳米V2O5溶液；将配成的纳米V2O5溶液搅拌llh，再向搅拌后的纳米V2O5溶液中加入步骤2所制得的负载Fe2O3圆柱状的活性焦，在室温条件下浸溃r5h,然后在4(T60°C条件下干燥l(Tl2h，制得纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂。
3.根据权利要求2所述的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的制备方法，其特征在于所述Fe (NO3) 3 9H20 颗粒中 Fe (NO3) 3 9H20 的含量彡 98wt%。
4.根据如权利要求2所述的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的制备方法，其特征在于所述V2O5粉末中V2O5的含量彡99wt%。
全文摘要
本发明涉及一种纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂及其制备方法。纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的组分是圆柱状活性焦为80~99wt%；纳米V2O5为 0.5~10wt%；Fe2O3为0.5~10wt%。所述的纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂的制备方法如下述步骤步骤1、制备硝酸铁溶液；步骤2、制备负载Fe2O3的圆柱状活性焦；步骤3、制备纳米V2O5；步骤4、制备纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂。本发明制备纳米V2O5/活性焦脱硝催化剂具有工业上易于操作、避免引起粉尘污染、脱硝率高的优点。
文档编号B01D53/90GK102764657SQ201210283650
公开日2012年11月7日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者强敏, 梁文懂, 王玉珏, 罗卫, 雷晶晶, 鲁礼林 申请人:武汉科技大学