一种新型钕改性SCR脱硝催化剂的制备方法及应用与流程

本发明属于脱硝催化剂技术领域，具体涉及一种应用于scr脱硝的新型钕改性钒钛催化剂及其性能研究。

背景技术

近年来，随着世界各国现代工业化进程的快速发展，大气污染已成为一个日益严重的全球性问题，nox是主要的污染物之一，比如酸雨以及光化学污染等，对环境有很大的危害。国家排放要求越来越严格。因此，nox的排放控制技术受到广泛关注，而在众多的脱硝技术中，选择性催化还原(scr)法脱硝比较高效，技术也较为成熟。在scr系统中，催化剂的地位是举足轻重的，其催化性能直接影响到scr系统的脱硝效果。因此，研究开发高效的催化剂则成为scr技术领域的核心工作。

目前，我国使用的脱硝催化剂主要是以钒钛基和wo3或moo3的混合物，虽然钒基催化剂的脱硝活性以及抵抗二氧化硫的能力很高，但是它必须在很高的温度(300-400℃)下才有活性。因而在火电厂应用采用高含尘布置方式，即布置在锅炉省煤器之后、空预器之前。在这个位置上虽然催化剂有较高的活性和抗硫抗水性能，但所处的烟气环境条件比较恶劣，如粉尘浓度较高、重金属浓度较高等，使得催化剂处于易磨损、易堵塞、易中毒的条件下，使得催化剂需要频繁的日常维护(如吹灰清洁)，并大大缩短了使用寿命增大了运行成本。如果将催化剂的工作环境向烟气下游推移至除尘器之后、脱硫装置之前，采用低含尘布置方式。这时烟气中的粉尘、重金属及其中所包含的容易使催化剂中毒的物质大部分被除尘器去除，减少了催化剂磨损、堵塞以及中毒失活的危险，增加催化剂的使用寿命，减少催化剂的更换周期，降低脱硝系统的运行成本，但在低含尘布置方式下，烟气温度下降了很多，在150-200℃之间，这对催化剂的低温活性提出了挑战。

虽然钒钛催化剂工业应用很广泛，脱硝效果也比较好，但是依然存在反应温度高，温度窗口窄，抗硫性差以及稳定性较差等诸多问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种一种新型钕改性scr脱硝催化剂，具体步骤如下：

(1)改性nd-tio2载体的制备

称取两份钛酸四正丁酯倒入坩埚中，加入乙酰丙酮，再加入无水乙醇和硝酸钕，利用磁力搅拌机搅拌，用hno3调节ph值，得到黄色溶胶，放入水浴锅中凝胶，此时溶胶变为褐色凝胶，置于干燥箱中干燥；然后放入的马弗炉中煅烧，得固体物质，研磨后得到粉末状的改性nd-tio2载体；

(2)scr脱硝催化剂的制备

将偏钒酸铵溶于去离子水中，然后加入步骤(1)的nd-tio2载体，置于水浴锅中水浴，然后进行干燥，干燥后放入马弗炉中煅烧，得到钕改性scr脱硝催化剂。

优选的，步骤(1)所述钛酸四正丁酯、乙酰丙酮、无水乙醇溶液和硝酸钕的用量比为21.8ml：1ml：80ml：0.0784g～0.2352g；所述硝酸钕与钛酸四正丁酯的质量比为0.5～1.5:100。

优选的，步骤(1)所述搅拌的时间为1h。

优选的，步骤(1)所述ph值调至2.5。

优选的，步骤(1)所述水浴锅的温度为40℃，凝胶的时间为4h。

优选的，步骤(1)所述干燥的条件为90℃，40min。

优选的，步骤(1)所述煅烧的条件为550℃，2h。

优选的，步骤(2)所述偏钒酸铵、去离子水和nd-tio2载体的用量比为0.046g：20ml：2g。

优选的，步骤(2)所述水浴的温度为60℃，时间为4h。

优选的，步骤(2)所述干燥的条件为120℃，6h。

优选的，步骤(2)所述煅烧的温度为350℃，时间为4h。

催化剂活性检测：

所述装置的组成包括o2，no，so2(若需要)，和n2气瓶各自经管道汇集，依次经管道连接有混合预热器，反应炉，nh3则直接通至反应炉，然后通至烟气分析仪进行尾气分析。通过以下公式计算出该催化剂的脱硝效率：

其中[nox]in表示进口nox浓度，[nox]out表示出口nox浓度。

有益效果：

(1)本发明使用钕元素改性传统钒钛scr催化剂，和无掺杂催化剂对比发现催化剂的最高效率从70％提升到99％，很大程度地提高了催化剂的催化活性。

(2)本发明提出了一种新型钕改性scr脱销催化剂，以硝酸钕掺杂tio2载体，通过实验发现改性催化剂活性高，较无掺杂很明显拓宽了反应温度窗口，通过图2实验数据可以看出，和无掺杂催化剂对比发现本发明新型改性催化剂的反应温度为100℃～500℃，很好的拓宽了反应温度窗口；并且，本发明制备的钕改性催化剂有很好的耐硫性以及稳定性。

附图说明

图1是本发明活性检测装置示意图，附图标记说明：1-n2钢瓶，2-o2钢瓶，3-no钢瓶，4-nh3钢瓶，5-质量流量计，6-催化剂床层，7-立式管式炉，8-集气袋，9-烟气分析仪。

图2是钕改性催化剂脱硝效率示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。

实施例1：

(1)改性nd-tio2载体的制备

称取21.8ml的钛酸四正丁酯倒入200ml坩埚中，加入1ml乙酰丙酮和80ml的无水乙醇，再加入0.0784g硝酸钕，即硝酸钕占钛酸四正丁酯质量的0.5％，利用磁力搅拌机搅拌1h。用hno3调节ph值至2.5；得到黄色溶胶，放入40℃水浴锅中凝胶4h，此时溶胶变为褐色凝胶，置于90℃干燥箱中干燥40分钟，将干燥的物质放入550℃的马弗炉中煅烧2h，其中马弗炉升温需2～3h，得固体物质，研磨后得到粉末状的改性nd-tio2载体；

(2)钕改性scr脱硝催化剂的制备

将0.046g偏钒酸铵溶于20ml去离子水的小坩埚中；然后加入2g步骤(1)制备的nd-tio2载体，静置于60℃水浴锅中水浴4h；然后放入120℃干燥箱中6h(再次搅拌均匀)；干燥后放入350℃马弗炉中煅烧4h，得到钕改性scr脱硝催化剂，记为掺钕0.5％。

实施例2：

(1)改性nd-tio2载体的制备

称取21.8ml钛酸四正丁酯倒入200ml坩埚中，加入1ml乙酰丙酮和80ml的无水乙醇，再加入0.0784g硝酸钕，即硝酸钕占钛酸四正丁酯质量的1％，利用磁力搅拌机搅拌1h。用hno3调节ph值至2.5；得到黄色溶胶，放入40℃水浴锅中凝胶4h，此时溶胶变为褐色凝胶，置于90℃干燥箱中干燥40分钟，将干燥的物质放入550℃的马弗炉中煅烧2h，其中马弗炉升温需2～3h，得固体物质，研磨后得到粉末状的改性nd-tio2载体；

(2)钕改性scr脱硝催化剂的制备

将0.046g偏钒酸铵溶于20ml去离子水的小坩埚中；然后加入2g步骤(1)制备的nd-tio2载体，静置于60℃水浴锅中水浴4h；然后放入120℃干燥箱中6h(再次搅拌均匀)；干燥后放入350℃马弗炉中煅烧4h，得到钕改性scr脱硝催化剂，记为掺钕1％。

实施例3：

(1)改性nd-tio2载体的制备

称取21.8ml钛酸四正丁酯倒入200ml坩埚中，加入1ml乙酰丙酮和80ml的无水乙醇，再加入0.0784g硝酸钕，即硝酸钕占钛酸四正丁酯质量的1.5％，利用磁力搅拌机搅拌1h。用hno3调节ph值至2.5；得到黄色溶胶，放入40℃水浴锅中凝胶4h，此时溶胶变为褐色凝胶，置于90℃干燥箱中干燥40分钟，将干燥的物质放入550℃的马弗炉中煅烧2h，其中马弗炉升温需2～3h，得固体物质，研磨后得到粉末状的改性nd-tio2载体；

(2)钕改性scr脱硝催化剂的制备

将0.046g偏钒酸铵溶于20ml去离子水的小坩埚中；然后加入2g步骤(1)制备的nd-tio2载体，静置于60℃水浴锅中水浴4h；然后放入120℃干燥箱中6h(再次搅拌均匀)；干燥后放入350℃马弗炉中煅烧4h，得到钕改性scr脱硝催化剂，记为掺钕1.5％。

图2为本发明制备的钕改性scr脱硝催化剂的脱硝效率示意图；该图对不同实施例的实验结果以及无掺杂做了对比。从图中能够看出无掺杂催化剂最高脱硝效率为70％，而掺杂钕元素明显提高了催化剂的nox转化效率，其中1％钕掺杂时脱硝效率最好，最高转化率为99％；而且从图中能够看出掺杂改性反应温度为100℃～500℃，很好的拓宽了催化剂的反应温度窗口，脱硝效率提高，能够满足工业烟气脱硝要求，具有较好的应用前景。