中温脱硝催化剂及制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明属于一种脱硝催化剂的制备方法，具体涉及一种Fe/Ti02中温脱硝催化剂及制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]SOdPNOx等大气污染物引起的酸雨、酸雾以及PM2.5等现象严重破坏生态环境和危害人体健康，是我国目前大气环境治理的重点。现今约90%的燃煤电厂已安装了脱硫装置，而仅有50%的燃煤电厂安装使用了脱硝装置，另外大量的工业窑炉、钢铁及焦炉烟气等还没有配置脱硫和脱硝系统。选择性催化还原(SCR)是目前应用比较广泛的烟气脱硝技术之一，其中电厂使用的脱硝催化剂主要是V205/Ti02、V205-W03/Ti02等，其工作温度在330-400°C，因此SCR装置必须放置在除尘和脱硫系统之前。工业窑炉、烧结和焦炉烟气等温度普遍低于280°C，工业成熟的V205/Ti02脱硝催化剂并不能应用在该温度范围。因此，适用于中温(150-280°C)的SCR技术成为研究人员关注的热点。
[0003]目前，在脱硝催化剂方面，多数的研究者着重于研究低温脱硝催化剂，对于中温的催化剂鲜有报道。如吴忠标等在《一种制备烟气低温脱硝催化剂及其制备方法(专利号:201310067488.5)》中研发了Mn/Si02催化剂，着重考察了200°C以下的脱硝性能；王忠渠等(专利号:201010611242.6)开发的低温烟气脱硝SCR催化剂是以玻璃纤维和硅藻土为载体，Mn、Ce、Zr等为活性组分，可用于100-200°C低温烟气脱硝。因此，开发一种能够适用于工业窑炉、烧结和焦炉烟气的中温(180?250°C)脱硝催化剂具有重要的意义。
[0004]Fe基催化剂具有较宽的活性温度窗口、优异的中高温活性和仏选择性而在SCR研究领域内受到广泛关注。贺视等[Chemical communicat1ns,2008,17，2043-2045]研究了铁钛复合氧化物(FeT1x)催化剂，使Fe和Ti两种物质在原子尺度上充分混合并高度分散，在200-350°C时，表现良好的中高温催化性能，该固溶体催化剂采用共沉淀法制备，操作较为复杂。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种制备方法简单，催化活性高，吸附能力强的Fe/Ti02中温脱硝催化剂及制备方法与应用。
[0006]本发明通过改变催化剂的制备途径，寻求制备方法简单且在中温段具有良好活性的Fe基催化剂。在SCR脱硝反应中，气体吸附到催化剂表面的过程是关键的一步，该过程与催化剂的比表面积、孔道结构等因素有关。因此，可以通过改变催化剂的孔道结构来提高催化剂在中温段的活性。模板剂在催化剂制备过程中对催化剂微观结构性质(如催化剂的孔径分布及活性组分在催化剂表面的分散情况等)有一定的影响。因此，本发明旨在用模板剂来改善催化剂孔道结构，来提高催化剂在中温段的脱硝性能。
[0007]本发明的催化剂以F127为模板剂，以硝酸铁(Fe(N03)3.9H20)、钛酸丁酯(C16H3604Ti)分别为活性组分和载体的前驱体，催化剂各组分质量百分比为Fe: 5 % -15 %，载体1102:85%-95%
[0008]本发明催化剂的制备方法包括如下步骤:
[0009]室温下将F127溶于无水乙醇中，60°C下微热，使其完全溶解，加入钛酸丁酯，乙酸，室温下搅拌形成淡黄色透明溶液，配制1.5mol/L的硝酸铁溶液，按Fe/Ti02质量比为5%-15 %加入到上述溶液中，继续搅拌2h，静置形成凝胶，110°C空气中干燥12h，400°C空气气氛下煅烧3h，即得所需催化剂，其中乙醇:F127:钛酸丁酯:醋酸的摩尔比=100:0.05-0.15:5-12:ll-13o
[0010]本发明催化剂中温脱硝的操作条件:固定床反应器、温度180-250°C、常压、反应空速 12000-24000^
[0011]本方法制备的催化剂与其他方法相比具有以下优势:
[0012]1.溶液配制简单，操作简便，仅需添加适量的模板剂就可以调控孔道结构，工艺简单。
[0013]2.催化剂具有较大的比表面积，具有较强的吸附能力。
[0014]3.由于载体和活性组分都是由前驱体制得，在干燥煅烧过程中离子相互作用产生更多的活性中心，有利于脱硝反应的进行。
[0015]4.催化剂在中温段(180_250°C)具有较高的催化活性。
【附图说明】
[0016]图1是本发明实施例1催化剂的BET图。
[0017]图2是本发明实施例1催化剂的SEM图。
[0018]图3是本发明实施例1催化剂的脱硝效率图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图和具体实例进一步说明本发明。
[0020]实施例1
[0021]将l0.0g F127溶于40ml无水乙醇中，60°C下微热，使其完全溶解。加入34ml钛酸丁酯，6ml乙酸，室温下搅拌形成淡黄色透明溶液。取1.5mol/L的硝酸铁溶液9.6ml，逐滴加入到上述溶液中，室温下搅拌2h，静置，形成凝胶。凝胶在110°C空气中干燥12h，400°C空气氛围下煅烧3h，即得到质量百分比为10%的Fe/Ti02催化剂。BET结果分析，催化剂孔径集中在10nm左右(如图1所示hSEM测试结果表明该方法制备的催化剂分散性良好(如图2所示)。将催化剂装入固定床反应器中，通入常压下模拟烟气6.5%02，[1€13]=[勵]=500??111，平衡气N2，反应空速12000h—1，180°C，脱硝效率达到91 % (如图3所示)。
[0022]实施例2
[0023]将l0.0g F127溶于40ml无水乙醇中，60°C下微热，使其完全溶解。加入34ml钛酸丁酯，6ml乙酸，室温下搅拌形成淡黄色透明溶液。取1.5mol/L的硝酸铁溶液4.8ml，逐滴加入到钛酸丁酯溶液中，室温下搅拌2h，静置，形成凝胶。凝胶在110°C空气中干燥12h，400°C空气氛围下煅烧3h，得到质量百分比为5%的Fe/Ti02催化剂。将催化剂装入固定床反应器中，通入常压下模拟烟气6.5% 02，[冊3] = [NO] = 500ppm，平衡气N2，反应空速12000h—1，210°C，脱硝效率达到85 %。
[0024]实施例3
[0025]将5g F127溶于40ml无水乙醇中，60°C下微热，使其完全溶解。加入17ml钛酸丁酯，6ml乙酸，室温下搅拌形成淡黄色透明溶液。取1.5mol/L的硝酸铁溶液7.2ml，逐滴的加入到钛酸丁酯溶液中，室温下搅拌2h，静置，形成凝胶。凝胶在110°C空气中干燥12h，400°C空气氛围下煅烧3h，得到质量百分比为15%的Fe/Ti02催化剂。将催化剂装入固定床反应器中，通入常压下模拟烟气6.5%02，[NH3] = [NO] = 500ppm，平衡气N2，反应空速12000^1801,脱硝效率达到71 %。
[0026]实施例4
[0027]将10g F127溶于40ml无水乙醇中，60°C下微热，使其完全溶解。加入34ml钛酸丁酯，6ml乙酸，室温下搅拌形成淡黄色透明溶液。取1.5mol/L的硝酸铁溶液9.6ml，逐滴加入到钛酸丁酯溶液中，室温下搅拌2h，静置，形成凝胶。凝胶在110°C空气中干燥12h，400°C空气氛围下煅烧3h，得到质量百分比为10%的Fe/Ti02催化剂。将催化剂装入固定床反应器中，通入常压下模拟烟气6.5%02，[NH3] = [NO] = 500ppm，平衡气N2，反应空速240001^，210°C，脱硝效率达到80 %。
[0028]实施例5
[0029]将lOg F127溶于40ml无水乙醇中，60°C下微热，使其完全溶解。加入34ml钛酸丁酯，6ml乙酸，室温下搅拌形成淡黄色透明溶液。取1.5mol/L的硝酸铁溶液9.6ml，逐滴加入到钛酸丁酯溶液中，室温下搅拌2h，静置，形成凝胶。凝胶在110°C空气中干燥12h，400°C空气氛围下煅烧3h，得到质量百分比为10%的Fe/Ti02催化剂。将催化剂装入固定床反应器中，通入常压下模拟烟气6.5%02,[ΝΗ3] = [Ν0]= 500ppm，平衡N2，反应空速12000h—1，240°C，脱硝效率达到78%。
[0030]实施例6
[0031]将15g F127溶于40ml无水乙醇中，60°C下微热，使其完全溶解。加入34ml钛酸丁酯，6ml乙酸，室温下搅拌形成淡黄色透明溶液。取1.5mol/L的硝酸铁溶液9.6ml，逐滴加入到钛酸丁酯溶液中，室温下搅拌2h，静置，形成凝胶。凝胶在110°C空气中干燥12h，400°C空气氛围下煅烧3h，得到质量百分比为10%的Fe/Ti02催化剂。将催化剂装入固定床反应器中，通入常压下模拟烟气6.5%02，[NH3] = [NO] = 500ppm，平衡N2，反应空速18000h—1，240°C，脱硝效率达到81 %。
【主权项】
1.一种Fe/Ti02中温脱硝催化剂，其特征在于催化剂以F127为模板剂，以硝酸铁(Fe(Ν〇3)3.9Η2θ)、钛酸丁酯(Ci6H3604Ti)分别为活性组分和载体的前驱体，催化剂各组分质量百分比为Fe:5% -15%，载体Ti02: 85% - 95%。2.如权利要求1所述一种Fe/Ti02中温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于的包括如下步骤: 室温下将F127溶于无水乙醇中，60°C下微热，使其完全溶解，加入钛酸丁酯，乙酸，室温下搅拌形成淡黄色透明溶液，配制1.5mol/L的硝酸铁溶液，按Fe/Ti02质量比为5% - 15%加入到上述溶液中，继续搅拌2h，静置形成凝胶，110°C空气中干燥12h，400°C空气气氛下煅烧3h，即得所需催化剂，其中乙醇:F127:钛酸丁酯:醋酸的摩尔比=100:0.05-0.15:5-12:ll-13o3.本如权利要求1所述一种Fe/Ti02中温脱硝催化剂的应用，其特征在于的包括如下步骤: 使用于固定床反应器、温度180-250°C、常压、反应空速12000-2400011+1。
【专利摘要】一种Fe/TiO2中温脱硝催化剂，其特征在于催化剂以F127为模板剂，以硝酸铁(Fe(NO3)3？9H2O)、钛酸丁酯(C16H36O4Ti)分别为活性组分和载体的前驱体，催化剂各组分质量百分比为Fe：5%-15%，载体TiO2:85%-95%。本发明具有制备方法简单，催化活性高，吸附能力强的优点。
【IPC分类】B01D53/56, B01J23/745, B01D53/86
【公开号】CN105413689
【申请号】CN201510761489
【发明人】黄张根, 李昱琳, 韩小金, 侯启雄
【申请人】中国科学院山西煤炭化学研究所
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月11日