【技术领域】
本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂及其制备方法。
背景技术：
选择性催化还原法(selectivecatalyticreduction，scr)的原理是在催化剂作用下，还原剂nh3在290-400℃下有选择的将no和no2还原成n2，而几乎不发生nh3与o2的氧化反应，从而提高了n2的选择性，减少了nh3的消耗。
催化剂是整个scr系统的关键，催化剂的设计和选择是由烟气条件、组分来确定的，影响其设计的三个相互作用的因素是nox脱除率、nh3的逃逸率和催化剂体积。
相关技术中，scr催化剂的活性成分为v2o5，载体为锐钛矿型的tio2，wo3或moo3作助催剂。scr催化剂成分及比例，根据烟气中成分含量以及脱硝性能保证值的不同而不同。其中，催化剂载体主要起到支撑、分散、稳定活性成分的作用，其结构主要为蜂窝状结构，具有比表面积大、活性高、载体本身即为催化剂的特性，具有较好的应用前景。
然而，相关技术中的蜂窝状催化剂，主要活性成分v2o5、wo3或moo3都是通过物理或化学吸附在催化剂载体表面，经过长时间的催化反应、烟气冲刷后，催化剂活性成分比例会越来越低，所以催化剂一般1到2年后需催化剂元件吊出重新进行再生，在催化剂本身磨损及拆装过程中，元器件机械强度低导致的损坏增加了催化剂的再生成本。
因此，有必要提供一种新的工艺解决上述技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂的制备方法，制备得到的催化剂具有抗压强度高、孔隙率大等优点。
本发明的技术方案是：
一种tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1：取粒径为10-50μm的ti粉、粒径为10-50μm的fe粉，粒径为10-50μm的al粉，并按质量百分比ti粉：fe粉：al粉＝(60-80)：(5-20)：(5-20)混合，其中所述fe粉、al粉的质量和不小于ti粉、fe粉、al粉的质量和的20％；
步骤s2：加入占总重量5-20％的中温造孔剂和占总重量5-10％的高温造孔剂，并混合均匀；其中总重量为ti粉、fe粉、al粉、中温造孔剂和高温造孔剂的质量和；
步骤s3：将混合物制成蜂窝状的载体坯料；
步骤s4：将成型后的载体坯料在真空煅烧炉内依次进行低温、中温、高温阶段焙烧保温工艺：从常温到105℃，升温速度5℃/min，并在105℃保温30～60min；从105℃到500℃，升温速度5～10℃/min，保温温度500℃下60～120min；从500℃到1000℃，升温速度2～5℃/min，在1000℃保温60～120min；
步骤s5：在真空状态下随炉降温，待温度降低至450-500℃时，将真空状态转换为向炉内通入空气，使载体坯料的表面生成氧化膜；
步骤s6：氧化烧结工艺后，在450-500℃的真空状态下保温60-120min，得到催化剂载体；
步骤s7：将所述催化剂载体在30-60℃条件下浸渍于浸渍液中，所述浸渍液由钨酸铵、钼酸、钒酸铵溶解于浓度为2-5％的氨水中形成，钨酸铵、钼酸、钒酸铵的质量百分比为(60-80)：(10-20)：(10-20)；
步骤s8：将浸渍后的物料在30-50℃条件下进行干燥；
步骤s9：将干燥后的物料依次进行低温、中温阶段焙烧保温工艺：3～5℃/min升温速度，至100～105℃，保温30min；5～10℃/min升温速度，至450～500℃，保温30～60min；随炉冷却得到tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂。
优选的，所述真空煅烧炉内的真空度为1.0×10-2pa-1.0×10-1pa。
优选的，所述步骤s2中，所述中温造孔剂为peg200、peg400、aeo-3、甘油中的一种或两种。
优选的，所述高温造孔剂为纳米碳酸钙粉末，其粒径为50-100nm。
优选的，所述步骤s5中，所述氧化膜的厚度通过空气通入时间控制，其为10-40μm。
优选的，所述步骤s7中，浸渍工艺在磁力搅拌的条件下进行，浸渍时间为24-48小时。
本发明还提供一种tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂，由所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂的制备方法制备得到。
优选的，所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂的制备方法的孔隙率为60-80％，孔径为50-100μm。
优选的，所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂的制备方法在300℃的抗压强度大于10mpa，在500℃的抗压强度大于4mpa。
与相关技术相比，本发明提供的tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂及其制备方法，具有如下有益效果：
一、本发明以ti、fe、al为主要原料，且加入中、高温不同分解温度的造孔剂，通过调整各原料成分间的配比以及加工工艺中的参数，使制备得到的催化剂载体既具有良好的抗压强度和耐冲刷性能，表现为在300℃的抗压强度大于10mpa，在500℃的抗压强度大于4mpa，同时还具有较大的孔隙率，其表现为孔隙率为60-80％，孔径为50-100μm，因其比表面积大，从而可提高催化剂的性能。
二、通过本发明提供的制备方法，制备得到的催化剂载体表面具有一层氧化膜，该氧化膜的主要成分为ti、fe、al三种元素的氧化物，具有一定的催化性能；同时通过引入活性成分，使w、mo、v的氧化物附着于催化剂载体上，从而提高催化剂的催化性能。
三、本发明制备得到的tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂具有耐高温的特点，可达500℃，能耐酸碱腐蚀，使用寿命长。
【具体实施方式】
下面将通过具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例一
一种tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1：取粒径为10-50μm的ti粉、粒径为10-50μm的fe粉，粒径为10-50μm的al粉，并按质量百分比计算，加入ti粉60％、fe粉20％、al粉2％，并混合均匀；
步骤s2：加入占总重量10％的中温造孔剂和占总重量5％的高温造孔剂，并混合均匀；其中总重量为ti粉、fe粉、al粉、中温造孔剂和高温造孔剂的质量和；
具体的，中温造孔剂为peg200、peg400、aeo-3、甘油中的一种或两种，用于高温造孔剂为纳米碳酸钙粉末，其粒径为50-100nm。
步骤s3：将混合物制成蜂窝状的载体坯料；
步骤s4：将成型后的载体坯料在真空煅烧炉内依次进行低温、中温、高温阶段焙烧保温工艺：从常温到105℃，升温速度5℃/min，并在105℃保温30min；从105℃到500℃，升温速度8℃/min，保温温度500℃下120min；从500℃到1000℃，升温速度2℃/min，在1000℃保温100min；
所述真空煅烧炉内的真空度为1.0×10-2pa；
步骤s5：在真空状态下随炉降温，待温度降低至450-500℃时，将真空状态转换为向炉内通入空气，使载体坯料的表面生成氧化膜；
具体的，控制空气通入时间为5-10min，使生成的氧化膜厚度为10-40μm
步骤s6：氧化烧结工艺后，在450-500℃的真空状态下保温60min，得到催化剂载体，其中真空度为1.0×10-2pa；
步骤s7：将所述催化剂载体在30℃条件下浸渍于浸渍液中24-48小时，所述浸渍液由钨酸铵、钼酸、钒酸铵溶解于浓度为2-5％的氨水中形成，钨酸铵、钼酸、钒酸铵的质量百分比为60：20：20；浸渍工艺在磁力搅拌条件下进行，且以浸渍液完全覆盖催化剂载体为宜；
步骤s8：将浸渍后的物料在30℃条件下进行干燥；
具体的，将物料在真空干燥箱内干燥，干燥时间不少于24小时；
步骤s9：将干燥后的物料依次进行低温、中温阶段焙烧保温工艺：5℃/min升温速度，至100℃，保温30min；8℃/min升温速度，至450℃，保温30min；随炉冷却得到tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂。
经检测，所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂的孔隙率为65％，孔径为50-100μm；将所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂在不同温度条件下进行抗压强度测试，测试结果为：在300℃的抗压强度达10.3mpa，在500℃的抗压强度达4.2mpa。
将所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂应用于脱硝试验，具体试验方法及结果如下：
模拟烟气在催化剂中的反应温度设置在350℃，因为此温度为现有燃煤锅炉scr反应温度区间内。脱硝试验中，反应气体组成为：750ppmno，900ppmnh3，5％o2，750ppmso2，n2作为平衡气，气体流量为2.0l/min。no的脱除效率为98.2％。
实施例二
一种tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1：取粒径为10-50μm的ti粉、粒径为10-50μm的fe粉，粒径为10-50μm的al粉，并按质量百分比计算，加入ti粉70％、fe粉15％、al粉15％，并混合均匀；
步骤s2：加入占总重量20％的中温造孔剂和占总重量10％的高温造孔剂，并混合均匀；其中总重量为ti粉、fe粉、al粉、中温造孔剂和高温造孔剂的质量和；
具体的，中温造孔剂为peg200、peg400、aeo-3、甘油中的一种或两种，用于高温造孔剂为纳米碳酸钙粉末，其粒径为50-100nm。
步骤s3：将混合物制成蜂窝状的载体坯料；
步骤s4：将成型后的载体坯料在真空煅烧炉内依次进行低温、中温、高温阶段焙烧保温工艺：从常温到105℃，升温速度5℃/min，并在105℃保温60min；从105℃到500℃，升温速度5℃/min，保温温度500℃下60min；从500℃到1000℃，升温速度3℃/min，在1000℃保温80min；
所述真空煅烧炉内的真空度为1.0×10-1pa；
步骤s5：在真空状态下随炉降温，待温度降低至500℃时，将真空状态转换为向炉内通入空气，使载体坯料的表面生成氧化膜；
具体的，控制空气通入时间为5-10min，使生成的氧化膜厚度为10-40μm
步骤s6：氧化烧结工艺后，在450-500℃的真空状态下保温60min，得到催化剂载体，其中真空度为1.0×10-1pa；
步骤s7：将所述催化剂载体在50℃条件下浸渍于浸渍液中24-48小时，所述浸渍液由钨酸铵、钼酸、钒酸铵溶解于浓度为2-5％的氨水中形成，钨酸铵、钼酸、钒酸铵的质量百分比为80：10：10；浸渍工艺在磁力搅拌条件下进行，且以浸渍液完全覆盖催化剂载体为宜；
步骤s8：将浸渍后的物料在40℃条件下进行干燥；
具体的，将物料在真空干燥箱内干燥，干燥时间不少于24小时；
步骤s9：将干燥后的物料依次进行低温、中温阶段焙烧保温工艺：3℃/min升温速度，至105℃，保温30min；5℃/min升温速度，至500℃，保温40min；随炉冷却得到tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂。
经检测，所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂的孔隙率为80％，孔径为50-100μm；将所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂在不同温度条件下进行抗压强度测试，测试结果为：在300℃的抗压强度达12mpa，在500℃的抗压强度达5.3mpa。
将所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂应用于脱硝试验，具体试验方法及结果如下：
模拟烟气在催化剂中的反应温度设置在350℃，因为此温度为现有燃煤锅炉scr反应温度区间内。脱硝试验中，反应气体组成为：750ppmno，900ppmnh3，5％o2，750ppmso2，n2作为平衡气，气体流量为2.0l/min。no的脱除效率为98.7％。
实施例三
一种tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1：取粒径为10-50μm的ti粉、粒径为10-50μm的fe粉，粒径为10-50μm的al粉，并按质量百分比计算，加入ti粉80％、fe粉5％、al粉15％，并混合均匀；
步骤s2：加入占总重量5％的中温造孔剂和占总重量8％的高温造孔剂，并混合均匀；其中总重量为ti粉、fe粉、al粉、中温造孔剂和高温造孔剂的质量和；
具体的，中温造孔剂为peg200、peg400、aeo-3、甘油中的一种或两种，用于高温造孔剂为纳米碳酸钙粉末，其粒径为50-100nm。
步骤s3：将混合物制成蜂窝状的载体坯料；
步骤s4：将成型后的载体坯料在真空煅烧炉内依次进行低温、中温、高温阶段焙烧保温工艺：从常温到105℃，升温速度5℃/min，并在105℃保温40min；从105℃到500℃，升温速度10℃/min，保温温度500℃下100min；从500℃到1000℃，升温速度5℃/min，在1000℃保温120min；
所述真空煅烧炉内的真空度为1.0×10-2pa；
步骤s5：在真空状态下随炉降温，待温度降低至450℃时，将真空状态转换为向炉内通入空气，使载体坯料的表面生成氧化膜；
具体的，控制空气通入时间为5-10min，使生成的氧化膜厚度为10-40μm
步骤s6：氧化烧结工艺后，在450-500℃的真空状态下保温60min，得到催化剂载体，其中真空度为1.0×10-2pa；
步骤s7：将所述催化剂载体在50℃条件下浸渍于浸渍液中24-48小时，所述浸渍液由钨酸铵、钼酸、钒酸铵溶解于浓度为2-5％的氨水中形成，钨酸铵、钼酸、钒酸铵的质量百分比为70：15：15；浸渍工艺在磁力搅拌条件下进行，且以浸渍液完全覆盖催化剂载体为宜；
步骤s8：将浸渍后的物料在40℃条件下进行干燥；
具体的，将物料在真空干燥箱内干燥，干燥时间不少于24小时；
步骤s9：将干燥后的物料依次进行低温、中温阶段焙烧保温工艺：4℃/min升温速度，至102℃，保温30min；10℃/min升温速度，至480℃，保温60min；随炉冷却得到tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂。
经检测，所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂的孔隙率为74％，孔径为50-100μm；将所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂在不同温度条件下进行抗压强度测试，测试结果为：在300℃的抗压强度达9.4mpa，在500℃的抗压强度达4.6mpa。
将所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂应用于脱硝试验，具体试验方法及结果如下：
模拟烟气在催化剂中的反应温度设置在350℃，因为此温度为现有燃煤锅炉scr反应温度区间内。脱硝试验中，反应气体组成为：750ppmno，900ppmnh3，5％o2，750ppmso2，n2作为平衡气，气体流量为2.0l/min。no的脱除效率为98.5％。
实施例四
一种tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1：取粒径为10-50μm的ti粉、粒径为10-50μm的fe粉，粒径为10-50μm的al粉，并按质量百分比计算，加入ti粉77％、fe粉18％、al粉5％，并混合均匀；
步骤s2：加入占总重量15％的中温造孔剂和占总重量7％的高温造孔剂，并混合均匀；其中总重量为ti粉、fe粉、al粉、中温造孔剂和高温造孔剂的质量和；
具体的，中温造孔剂为peg200、peg400、aeo-3、甘油中的一种或两种，用于高温造孔剂为纳米碳酸钙粉末，其粒径为50-100nm。
步骤s3：将混合物制成蜂窝状的载体坯料；
步骤s4：将成型后的载体坯料在真空煅烧炉内依次进行低温、中温、高温阶段焙烧保温工艺：从常温到105℃，升温速度5℃/min，并在105℃保温50min；从105℃到500℃，升温速度7℃/min，保温温度500℃下80min；从500℃到1000℃，升温速度4℃/min，在1000℃保温60min；
所述真空煅烧炉内的真空度为1.0×10-2pa；
步骤s5：在真空状态下随炉降温，待温度降低至480℃时，将真空状态转换为向炉内通入空气，使载体坯料的表面生成氧化膜；
具体的，控制空气通入时间为5-10min，使生成的氧化膜厚度为10-40μm。
步骤s6：氧化烧结工艺后，在450-500℃的真空状态下保温100min，得到催化剂载体，其中真空度为1.0×10-2pa；
步骤s7：将所述催化剂载体在60℃条件下浸渍于浸渍液中24-48小时，所述浸渍液由钨酸铵、钼酸、钒酸铵溶解于浓度为2-5％的氨水中形成，钨酸铵、钼酸、钒酸铵的质量百分比为70：10：20；浸渍工艺在磁力搅拌条件下进行，且以浸渍液完全覆盖催化剂载体为宜；
步骤s8：将浸渍后的物料在50℃条件下进行干燥；
具体的，将物料在真空干燥箱内干燥，干燥时间不少于24小时；
步骤s9：将干燥后的物料依次进行低温、中温阶段焙烧保温工艺：3℃/min升温速度，至103℃，保温30min；6℃/min升温速度，至460℃，保温50min；随炉冷却得到tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂。
经检测，所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂的孔隙率为70％，孔径为50-100μm；将所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂在不同温度条件下进行抗压强度测试，测试结果为：在300℃的抗压强度达11.4mpa，在500℃的抗压强度达4.8mpa。
将所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂应用于脱硝试验，具体试验方法及结果如下：
模拟烟气在催化剂中的反应温度设置在350℃，因为此温度为现有燃煤锅炉scr反应温度区间内。脱硝试验中，反应气体组成为：750ppmno，900ppmnh3，5％o2，750ppmso2，n2作为平衡气，气体流量为2.0l/min。no的脱除效率为98.6％。
实施例五
一种tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1：取粒径为10-50μm的ti粉、粒径为10-50μm的fe粉，粒径为10-50μm的al粉，并按质量百分比计算，加入ti粉72％、fe粉14％、al粉14％，并混合均匀；
步骤s2：加入占总重量8％的中温造孔剂和占总重量6％的高温造孔剂，并混合均匀；其中总重量为ti粉、fe粉、al粉、中温造孔剂和高温造孔剂的质量和；
具体的，中温造孔剂为peg200、peg400、aeo-3、甘油中的一种或两种，用于高温造孔剂为纳米碳酸钙粉末，其粒径为50-100nm。
步骤s3：将混合物制成蜂窝状的载体坯料；
步骤s4：将成型后的载体坯料在真空煅烧炉内依次进行低温、中温、高温阶段焙烧保温工艺：从常温到105℃，升温速度5℃/min，并在105℃保温50min；从105℃到500℃，升温速度6℃/min，保温温度500℃下110min；从500℃到1000℃，升温速度3℃/min，在1000℃保温90min；
所述真空煅烧炉内的真空度为1.0×10-2pa；
步骤s5：在真空状态下随炉降温，待温度降低至460℃时，将真空状态转换为向炉内通入空气，使载体坯料的表面生成氧化膜；
具体的，控制空气通入时间为5-10min，使生成的氧化膜厚度为10-40μm。
步骤s6：氧化烧结工艺后，在450-500℃的真空状态下保温120min，得到催化剂载体，其中真空度为1.0×10-2pa；
步骤s7：将所述催化剂载体在45℃条件下浸渍于浸渍液中24-48小时，所述浸渍液由钨酸铵、钼酸、钒酸铵溶解于浓度为2-5％的氨水中形成，钨酸铵、钼酸、钒酸铵的质量百分比为70：20：10；浸渍工艺在磁力搅拌条件下进行，且以浸渍液完全覆盖催化剂载体为宜；
步骤s8：将浸渍后的物料在40℃条件下进行干燥；
具体的，将物料在真空干燥箱内干燥，干燥时间不少于24小时；
步骤s9：将干燥后的物料依次进行低温、中温阶段焙烧保温工艺：3℃/min升温速度，至102℃，保温30min；7℃/min升温速度，至470℃，保温40min；随炉冷却得到tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂。
经检测，所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂的孔隙率为78％，孔径为50-100μm；将所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂在不同温度条件下进行抗压强度测试，测试结果为：在300℃的抗压强度达11.8mpa，在500℃的抗压强度达5mpa。
将所述tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂应用于脱硝试验，具体试验方法及结果如下：
模拟烟气在催化剂中的反应温度设置在350℃，因为此温度为现有燃煤锅炉scr反应温度区间内。脱硝试验中，反应气体组成为：750ppmno，900ppmnh3，5％o2，750ppmso2，n2作为平衡气，气体流量为2.0l/min。no的脱除效率为98.5％。
与相关技术相比，本发明提供的tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂及其制备方法，具有如下有益效果：
一、本发明以ti、fe、al为主要原料，且加入中、高温不同分解温度的造孔剂，通过调整各原料成分间的配比以及加工工艺中的参数，使制备得到的催化剂载体既具有良好的抗压强度和耐冲刷性能，表现为在300℃的抗压强度大于10mpa，在500℃的抗压强度大于4mpa，同时还具有较大的孔隙率，其表现为孔隙率为60-80％，孔径为50-100μm，因其比表面积大，从而可提高催化剂的性能。
二、通过本发明提供的制备方法，制备得到的催化剂载体表面具有一层氧化膜，该氧化膜的主要成分为ti、fe、al三种元素的氧化物，具有一定的催化性能；同时通过引入活性成分，使w、mo、v的氧化物附着于催化剂载体上，从而提高催化剂的催化性能。
三、本发明制备得到的tifeal金属间多孔材料为载体的scr催化剂具有耐高温的特点，可达500℃，能耐酸碱腐蚀，使用寿命长。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。