一种低温宽活性温度窗口的scr脱硝催化剂及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂，所述催化剂包括载体和活性组分，其中载体为凹凸棒土，活性组分为含锰氧化物、含铈氧化物及含铜氧化物的组合物。载体凹凸棒土的用量为0.03～0.06mol金属元素/20g凹凸棒土，活性组分中锰元素的摩尔百分比是50%～80%，铈元素和铜元素的摩尔比为1：10～1:40。此外，本发明还涉及上述催化剂的制备方法。根据本发明，所述制备方法具有以下步骤：将20g提纯的凹凸棒土加入100 mL蒸馏水中，依次向其中加入质量分数为50%的硝酸锰溶液20mL和一定量的六水硝酸铈和三水硝酸铜，持续搅拌1h后静置4h，在80℃温度下干燥12h，然后在空气气氛下500℃焙烧5h；最后研磨过筛，取40～60目的部分作为催化剂。
【专利说明】
一种低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及催化剂领域，特别涉及一种低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]氮氧化物(NOx)是污染大气的主要有害物质之一，也是直接导致我国各地阴霾天、臭氧破坏、空气污染的重大因素。大气中的NOx主要来源于火力发电，其次是工业和交通运输部门。因此，燃煤电厂NOx减排成为现在大气污染治理的一个热点。在多种NOx减排技术中，选择性催化还原脱硝(SCR)技术应用最广泛。其以氨水或尿素为还原剂，在脱硝催化剂的作用下将NOx还原成氮气和水。
[0003]SCR技术的核心是催化剂。目前工业上应用最广的脱硝催化剂为钒钛类催化剂，此类催化剂以二氧化钛(T12)为载体，以五氧化二 fL(V205)为主催化剂，以氧化妈(WO3)或氧化钼(MoO3)为助催化剂。其优点是高活性和高抗硫性。但此类催化剂成本高，温度窗口窄(300 0C-400 °C )且最佳反应温度为350 °C左右，较高的操作温度使得SCR脱硝装置一般置于除尘和脱硫装置之前，因而催化剂易失活和磨损，寿命降低。而将脱硝装置置于除尘和脱硫装置之后时，则需加装烟气预热装置以满足催化活性的要求，这将大大增加脱硝成本，增加系统能耗和操作费用。因此，开发一种成本低廉、活性温度窗口宽、高效的低温脱硝催化剂显得尤为迫切。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂，所述催化剂成本低廉，脱硝效率高。此外，本发明的目的还在于提供上述催化剂的制备方法。
[0005]根据本发明，所述目的是通过以下技术方案实现的:
本发明所述低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂包括载体和活性组分，其中载体为凹凸棒土，活性组分为锰氧化物、含铈氧化物及含铜氧化物的组合物。
[0006]进一步的，所述凹凸棒土的用量为0.03 mol?0.06mol金属元素/20g凹凸棒土，所述金属元素为锰、铈和铜三种元素的总和。
[0007]进一步的，活性组分中锰元素的摩尔百分比是50%?80%，铈元素和铜元素的摩尔比为1:10?1:40。
[0008]本发明的另一方面还涉及上述低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤:
(1)将凹凸棒土加入蒸馏水中，再依次向其中加入硝酸锰溶液、六水硝酸铈和三水硝酸铜，持续搅拌得到催化剂悬浮液；
(2)将催化剂悬浮液静置；
(3)将步骤(2)所得在进行干燥处理； (4)将干燥后的沉淀置于马弗炉中，在空气气氛下焙烧；
(5)冷却后研磨过筛，即得到所述低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂。
[0009]进一步的，步骤(I)中所述六水硝酸铈和三水硝酸铜之间铈铜摩尔比为1:10?1:40，优选 1:20。
[0010]进一步的，六水硝酸铈的用量为2.15 X 10—W?8.60 X 10—W，优选2.15X10—
3mol ο
[0011 ]本发明的另一方面还涉及上述低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的应用，所述催化剂适合的烟气温度范围为1200C -3000C。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
1、制备本发明所述催化剂所使用的载体凹凸棒土价廉易得，大大降低了制备成本；
2、本发明所述低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的制备方法简单易操作，活性组分在催化剂的制备过程中损失较少，极大地提高了资源利用率；
3、本发明所述催化剂在120°C— 300°C的温度区间内具有良好的脱硝活性，脱硝率最高可达99.3%。
【附图说明】
[0013]
图1为实施例1制备得到的催化剂的脱硝效率曲线图；
图2为实施例2制备得到的催化剂的脱硝效率曲线图；
图3为实施例3制备得到的催化剂的脱硝效率曲线图。
【具体实施方式】
[0014]
下面借助具体的实施例来对本发明进行更加详细的阐述。
[0015]实施例1
本实施例提供一种低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤:
(1)将20g提纯的凹凸棒土加入100mL蒸馏水中，依次向其中加入质量分数为50%的硝酸锰溶液20mL和一定量的六水硝酸铈和三水硝酸铜，持续搅拌Ih得到催化剂悬浮液；
凹凸棒购买自盱眙美瑞凹土加工有限公司(本厂品通过选矿、提纯、干燥、活化、磨粉等工序精制而成;品牌:美瑞凹土荣禧牌，货号:00006，颜色分类:浅灰色)；
(2)将催化剂悬浮液静置4h;
(3 )将步骤(2 )所得在80 0C温度下干燥12h;
(4)将干燥后的沉淀置于马弗炉中，在空气气氛下500°C焙烧5h;
(5)冷却后研磨过筛，取40?60目的部分作为催化剂。
[0016]进一步的，步骤(I)中所述六水硝酸铺和三水硝酸铜之间铺铜摩尔比为1:20;
进一步的，所述六水硝酸铺的用量为2.15 X 10—3mol。
[0017]将上述步骤制备的催化剂进行脱硝活性测试。将催化剂样品装入自制固定床反应器中，反应器为内径12mm，高为75cm的石英管，所述反应器由程序控温反应炉加热，控制反应温度，通过烟气分析仪采集反应温度的浓度数据，计算氮氧化物的转换率。在本发明的脱硝活性测试中，取1.6g左右催化剂，在低温宽活性温度(120°C — 300°C )条件下，以NH3为还原气体，NO浓度为500 ppm，NH3浓度为500 ppm，O2含量为5%，载气为N2,气体流速为305 mL/min，反应空速为lOOOOh—1的条件下反应，本发明所述催化剂的NOx转化率最高可达99.3%。优选地，当六水硝酸铈和三水硝酸铜之间铈铜摩尔比为1:20时，本发明制备的催化剂在低温宽活性温度(120°C — 300°C )条件下脱硝率均超过90%。
[0018]实施例2
将20g提纯的凹凸棒土加入100 mL蒸馏水中，依次向其中加入质量分数为50%的硝酸锰溶液20mL，2.15 X I O—3mo I六水硝酸铺，六水硝酸铺和三水硝酸铜之间铺铜摩尔比为1:40，持续搅拌Ih后静置4h，在80°C温度下干燥12h，然后在空气气氛下500°C焙烧5h;最后研磨过筛，取40?60目的部分作为催化剂。
[0019]将所述催化剂在指定温度窗口(120°C — 300°C )进行SCR催化活性评价。催化剂评价条件为:催化剂用量为1.6g左右，烟气浓度为500 ppm NO，500 ppm NH3,5% 02，N2为平衡气，气体总流量为305 mL/min，反应空速为lOOOOh—、如图1所示，在120°C - 300°C的温度条件下，催化剂的脱硝率最高可达88%以上。
[0020]实施例3
将20g提纯的凹凸棒土加入100 mL蒸馏水中，依次向其中加入质量分数为50%的硝酸锰溶液20mL，2.15 X I O—3mo I六水硝酸铺，六水硝酸铺和三水硝酸铜之间铺铜摩尔比为1:20，持续搅拌Ih后静置4h，在80°C温度下干燥12h，然后在空气气氛下500°C焙烧5h;最后研磨过筛，取40?60目的部分作为催化剂。
[0021 ]将所述催化剂在指定温度窗口( 120°C — 300°C )进行SCR催化活性评价。催化剂评价条件为:催化剂用量为1.6g，烟气浓度为500 ppm NO，500 ppm NH3,5% 02，N2为平衡气，气体总流量为305 mL/min，反应空速为10000h—1。如图2所示，在120 °C的反应温度下，催化剂的脱硝率就达到92%以上，在150°C- 300°C的反应温度下，催化剂的脱硝率均达96%以上。
[0022]实施例4
将20g提纯的凹凸棒土加入100 mL蒸馏水中，依次向其中加入质量分数为50%的硝酸锰溶液20mL，2.15 X 10—3mol六水硝酸铺，六水硝酸铺和三水硝酸铜之间铺铜摩尔比为1:10，持续搅拌Ih后静置4h，在80°C温度下干燥12h，然后在空气气氛下500°C焙烧5h;最后研磨过筛，取40?60目的部分作为催化剂。
[0023]将所述催化剂在指定温度窗口(120°C — 300°C )进行SCR催化活性评价。催化剂评价条件为:催化剂用量为1.6g，烟气浓度为500 ppm NO，500 ppm NH3,5% 02，N2为平衡气，气体总流量为305 mL/min，反应空速为10000h—1。如图3所示，在120 °C的反应温度下，催化剂的脱硝率就达到91%以上，在150°C- 270°C的反应温度下，催化剂的脱硝率均达97%以上。
[0024]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂，其特征在于，所述催化剂包括载体和活性组分，其中载体为凹凸棒土，活性组分为含锰氧化物、含铈氧化物及含铜氧化物的组合物。2.如权利要求1所述的低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂，其特征在于，所述凹凸棒土的用量为0.03 mol?0.06mol金属元素/20g凹凸棒土，所述金属元素为猛、铺和铜三种元素的总和。3.如权利要求1所述的低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂，其特征在于，所述活性组分中锰元素的摩尔百分比是50%?80%，铈元素和铜元素的摩尔比为1:10?1:40。4.一种如权利要求1-3任一项所述低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤: (1)将凹凸棒土加入蒸馏水中，再依次向其中加入硝酸锰溶液、六水硝酸铈和三水硝酸铜，持续搅拌得到催化剂悬浮液； (2)将催化剂悬浮液静置； (3 )将步骤(2 )所得再进行干燥处理； (4)将干燥后的沉淀置于马弗炉中，在空气气氛下焙烧； (5)冷却后研磨过筛，即得到所述低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂。5.如权利要求4所述的低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述六水硝酸铺和三水硝酸铜之间铺铜摩尔比为1:1O?1:40。6.如权利要求4所述的低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，六水硝酸铈的用量为2.15 X 10—3mol?8.60 X 10—3mol。7.一种由权利要求4-6所述的低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的制备方法，制备得到的SCR脱硝催化剂。8.—种如权利要求1-3或7任一项所述低温宽活性温度窗口的SCR脱硝催化剂的应用，其特征在于，所述催化剂适合的烟气温度范围为120°C — 300°C。
【文档编号】B01D53/86GK105903477SQ201610252900
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】徐东耀, 马妍, 左海清, 但海均, 白艳英, 林爽, 刘伟, 刘向辉, 董彬彬, 陈家琪
【申请人】中国矿业大学(北京)