一种共脱除NOx和CO催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及烟气净化领域，具体涉及一种共脱除nox和co催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着工业化进程的加快，大气污染已成为一个重大的环境问题。人为因素是空气污染的主要诱因，包括燃料燃烧、工业生产、交通运输和农业活动等。在许多空气污染物中，氮氧化物(nox)是引起一系列环境问题的主要空气污染物之一，如光化学烟雾，酸雨和臭氧层破坏。全球源属性研究表明，石油化工行业是氮氧化物的主要贡献者

2、更重要的是，氮氧化物可以通过吸入、皮肤接触和摄入进入人体，严重危害人体健康。暴露于二氧化氮(no2)大约30-60分钟可能导致慢性肺膨胀，并加重哮喘人群的呼吸道症状。由于氮氧化物对人类健康和环境的多重危害，控制氮氧化物的排放已成为人类社会发展中亟待解决的主要问题之一。目前，nox控制技术主要包括燃烧控制技术和燃烧后处理技术。在燃烧后处理技术中，选择性催化还原(scr)技术得到了许多专家学者的广泛应用和认可。

3、目前使用的大多数co氧化催化剂都是基于贵金属(pt，pd和rh)，这些金属对烟尘氧化具有很高的活性，但价格昂贵。因此，开发无贵金属co氧化催化剂是非常有意义的。

4、锰基催化剂在低于160℃的低温下表现出良好的活性，并且具有更广泛的操作温度窗口。ce基催化剂大大提高了no的nh3-scr性能，由于其较大的储氧能力和独特的氧化还原偶合ce3+/ce4+，显示出显著的so2耐受性和n2选择性。据报道，碳材料负载的mn-ce混合氧化物催化剂具有良好的低温脱氮活性。活性炭由于具有多孔性质，因此表面积大，孔隙体积大。优良的孔结构被认为有利于活性组分在催化剂上的均匀分散。

5、在专利114669286a公开了一种用于co氧化的铂基催化剂及其制备方法与应用。该催化剂组成包括载体tio2-sio2复合氧化物和pt，充分发挥了载体与活性组分间的协同效应，增大活性组分尺寸，改善抗硫性，由于载体中tio2的存在，使得铂基催化剂在含水条件下具有较好的催化效果。通过浸渍法在载体上负载了活性组分pt，制备方法简单易操作，且重复性好。但该催化剂依旧使用了贵金属pt，价格相对较高，不利于大规模应用。

6、在专利cn114192158a中公开了一种co和nox协同脱除催化剂的制备方法，将铜、锰、铁、铈离子通过喷淋方式负载在钒钨钛催化剂表面，利用nh3和co的还原性，使得该催化剂在脱除nox的同时，对烟气中的co也有较强的脱除效果，同时降低反应温度区间。但钒钨催化剂在高温下的挥发对人体伤害大，因此不适用于现代绿色化工企业。

7、在工程实践中，不仅需要脱硝，在烧结机或者焦炉煤气中，也有大量的co需要脱除，因此制备一种双功能催化剂成为了应用前景广泛的一项技术。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一个而提供一种不含贵金属、兼顾co氧化与nox还原，降低nox脱除温度的共脱除nox和co催化剂及其制备方法和应用。能够协同脱除烟道气中的有害污染物。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、发明人了解到，本领域通常采用贵金属催化剂作为co氧化的主要催化剂，但是其制作成本高昂，不利于工业大规模应用，根据发明人在脱硝催化剂方面的经验，本发明研究提供了一种不含贵金属的活性炭催化剂，进一步测试得到该催化剂具有良好的共脱除co和nox性能，具体方案如下：

4、一种共脱除nox和co催化剂，该催化剂包括作为载体的活性炭，以及负载在载体上的金属锰、金属铈和金属钴。所用的活性炭载体，在工业上通常通过简单的挤压成型得到，具有良好的孔径结构，且制备过程简单。

5、进一步地，其中，金属锰、金属铈和金属钴的原子比例为mn:ce＝(0.5-4):1，mn:co＝(0.5-4):1，金属锰折算为氧化锰后的质量占活性炭质量2-5％。上述金属组合的混合氧化物对co氧化具有非常好的效果，同时还能降低no的脱除反应温度区间。

6、已知锰基金属因其优异活性在催化领域受到广泛关注，具有丰富的路易斯酸性中心和多种氧化态，在co氧化反应中可以作为良好的电子供给体。此外，稀土金属的添加可以促进锰基金属在催化剂表面的分散，且稀土金属与锰基金属存在强烈的相互作用，增强电子转移活性，从而降低no的脱除反应温度区间。

7、一种如上所述共脱除nox和co催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

8、按原子比，将含锰无机盐、含铈无机盐和含钴无机盐溶于水中，得到前驱体溶液；

9、将活性炭完全浸渍于前驱体溶液中，随后取出，并干燥；

10、将干燥后的载体在惰性气体氛围下进行热处理，得到共脱除nox和co催化剂。

11、进一步地，所述的含锰无机盐包括乙酸锰、硝酸锰或硫酸锰，所述的含铈无机盐包括硝酸铈、硫酸铈或氯化铈，所述的含钴无机盐包括醋酸钴、氯化钴或硝酸钴。

12、进一步地，所述的前驱体溶液中，锰离子质量浓度为2.5-3.5％。

13、进一步地，浸渍后载体的干燥方式为烘箱或冷冻中干燥。

14、进一步地，热处理的具体过程为：干燥后的载体在惰性气体氛围下升温至300-500℃下恒温，然后在空气氛围下，以降温至低于120-200℃下恒温。

15、一种如上所述共脱除nox和co催化剂的应用，该催化剂用于对烧结机或焦炉煤气的烟气处理。

16、进一步地，烟气处理的温度区间为60-170℃。

17、进一步地，烟气处理的温度区间为120-170℃，优选160-170℃。

18、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

19、(1)本发明所采用的催化剂为活性炭催化剂，制备简单，且利用浸渍法负载活性金属步骤简单，利于工业大规模生产；

20、(2)本发明所采用的金属不含贵金属，成本低廉，且无污染；

21、(3)本发明兼顾co氧化与nox还原，做到了双功能有效脱除，减少了工业实际设备成本；

22、(4)本发明可以用于电站锅炉、工业锅炉、燃气锅炉、内燃机、化工厂以及炼钢厂等的烟道气脱除，具有应用范围广、市场广阔与经济效益高等特点。

技术特征：

1.一种共脱除nox和co催化剂，其特征在于，该催化剂包括作为载体的活性炭，以及负载在载体上的金属锰、金属铈和金属钴。

2.根据权利要求1所述的一种共脱除nox和co催化剂，其特征在于，其中，金属锰、金属铈和金属钴的原子比例为mn:ce＝(0.5-4):1，mn:co＝(0.5-4):1，金属锰折算为氧化锰后的质量占活性炭质量2-5％。

3.一种如权利要求1或2所述共脱除nox和co催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的一种共脱除nox和co催化剂的制备方法，其特征在于，所述的含锰无机盐包括乙酸锰、硝酸锰或硫酸锰，所述的含铈无机盐包括硝酸铈、硫酸铈或氯化铈，所述的含钴无机盐包括醋酸钴、氯化钴或硝酸钴。

5.根据权利要求1所述的一种共脱除nox和co催化剂的制备方法，其特征在于，所述的前驱体溶液中，锰离子质量浓度为2.5-3.5％。

6.根据权利要求1所述的一种共脱除nox和co催化剂的制备方法，其特征在于，浸渍后载体的干燥方式为烘箱或冷冻中干燥。

7.根据权利要求1所述的一种共脱除nox和co催化剂的制备方法，其特征在于，热处理的具体过程为：干燥后的载体在惰性气体氛围下升温至300-500℃下恒温，然后在空气氛围下，以降温至低于120-200℃下恒温。

8.一种如权利要求1或2所述共脱除nox和co催化剂的应用，其特征在于，该催化剂用于烟气处理。

9.根据权利要求8所述的一种共脱除nox和co催化剂的应用，其特征在于，该催化剂用于对烧结机或焦炉煤气的烟气处理。

10.根据权利要求8所述的一种共脱除nox和co催化剂的应用，其特征在于，烟气处理的温度区间为60-170℃，优选120-170℃，更优选160-170℃。

技术总结
本发明涉及一种共脱除NO<subgt;x</subgt;和CO催化剂及其制备方法和应用。该催化剂包括作为载体的活性炭，以及负载在载体上的金属锰、金属铈和金属钴。制备方法包括以下步骤：按原子比，将含锰无机盐、含铈无机盐和含钴无机盐溶于水中，得到前驱体溶液；将活性炭完全浸渍于前驱体溶液中，随后取出，并干燥；将干燥后的载体在惰性气体氛围下进行热处理，得到共脱除NO<subgt;x</subgt;和CO催化剂。该催化剂用于烟气处理。与现有技术相比，本发明不含贵金属、兼顾CO氧化与NO<subgt;x</subgt;还原，降低NO<subgt;x</subgt;脱除温度，能够协同脱除烟道气中的有害污染物。

技术研发人员：杨铭杰,陈志炜,王金鑫,陈子欣,徐慧,徐燕,管捷,朱帅波,王际童
受保护的技术使用者：华东理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13