一种Fe3O4-TiO2催化剂及其制备方法和应用

本发明属于脱硫脱硝，尤其涉及一种fe3o4-tio2催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、燃煤电厂和垃圾焚烧电厂排放的大量nox已经引起广泛的关注，因为它的排放会造成酸雨、光化学烟雾和pm 2.5污染，严重危害生态环境和人类健康。目前已经开发许多不同的技术应用于nox的脱除，主流的脱硫脱硝方法为(selective catalytic reduction)scr，但scr技术具有系统复杂、易产生氨泄漏导致设备堵塞、需要消耗额外的蒸汽量，投资与运行成本高等问题。所以有必要开发一种低成本和高效率的nox脱除技术。

2、燃煤烟气中超过95％的nox都以no的形方程存在。氧化吸收法便是通过添加氧化剂或uv等方方程将no氧化成易溶的no2、hno2和hno3等高价氧化物，随后通过碱性溶液将其吸收。h2o2价格低廉，能产生·oh、·ooh等强氧化性自由基，且最终分解产物为清洁和环境友好的h2o和o2，因而作为氧化剂广泛应用于氧化吸收法中。单独使用h2o2氧化剂催化效率较低，需要添加催化剂等辅助手段进行催化分解。fenton反应通过haber-weiss机制可产生强氧化性羟基自由基(·oh)，因其对污染物的高降解能力而受到越来越多的关注。其中，铁基催化剂中的fe2+可以有效促进h2o2分解产生·oh自由基，自身被氧化成fe3+，而fe3+又可以被过量的h2o2还原为fe2+，从而构成氧化还原循环。基于铁基催化剂的非均相fenton法具有优异的脱硫脱硝效率、合适的反应温度区间和较少的h2o2消耗量等优点，有应用于工业领域的潜力。但是铁基催化剂催化h2o2的过程中，烟气中的so2和h2o会与h2o2在活性位点形成竞争吸附，从而影响h2o2的吸附分解，进而抑制no的催化氧化。

3、基于目前的铁基催化剂存在的缺陷，有必要对此进行改进。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种fe3o4-tio2催化剂及其制备方法和应用，以解决现有技术中存在的技术问题。

2、第一方面，本发明提供了一种fe3o4-tio2催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、将纳米tio2加入至第一碱液中，得到混合物；

4、向混合物中加入含有fe3+、fe2+的金属离子溶液，于惰性气体保护下，在60～100℃下反应，固液分离后，即得fe3o4-tio2催化剂。

5、优选的是，所述的fe3o4-tio2催化剂的制备方法，所述第一碱液包括naoh溶液和/或koh溶液。

6、优选的是，所述的fe3o4-tio2催化剂的制备方法，所述含有fe3+、fe2+的金属离子溶液的配制方法包括：将fecl3、feso4溶于hcl溶液中，即得含有fe3+、fe2+的金属离子溶液。

7、优选的是，所述的fe3o4-tio2催化剂的制备方法，所述第一碱液的浓度为0.1～0.3mol/l；

8、所述金属离子溶液中fe3+、fe2+浓度为0.005～0.02mol/l。

9、优选的是，所述的fe3o4-tio2催化剂的制备方法，所述碱液与所述金属离子溶液的体积比为(1～3):(1～3)。

10、优选的是，所述的fe3o4-tio2催化剂的制备方法，所述fe3o4-tio2催化剂中fe3o4和tio2的摩尔比为1:(1～3)。

11、第二方面，本发明还提供了一种fe3o4-tio2催化剂，采用所述的制备方法制备得到。

12、第三方面，本发明还提供了一种所述的制备方法制备得到的fe3o4-tio2催化剂或所述的fe3o4-tio2催化剂在烟气催化氧化脱硝中的应用。

13、优选的是，所述的所述的应用，包括以下步骤：

14、提供催化反应器，将fe3o4-tio2催化剂置于催化反应器中；

15、提供混料管，所述混料管与所述催化反应器连通，所述混料管上设有加热装置；

16、利用加热装置对混料管进行加热，同时向混料管内通入烟气并利用注射器向混料管内注入h2o2溶液，h2o2溶液加热后形成h2o2蒸气并与烟气混合形成混合气体，混合气体进入催化反应器进行反应，经过反应后的混合气体通入至第二碱液中。

17、优选的是，所述的所述的应用，所述烟气的流量为0.25～2l/min，h2o2溶液的浓度为1～5mol/l，注射器的注射速率为10～50μl/min，催化反应器的温度为100～240℃，第二碱液包括naoh溶液和/或koh溶液。

18、本发明的一种fe3o4-tio2催化剂及其制备方法和应用相对于现有技术具有以下有益效果：

19、1.本发明制备得到的fe3o4-tio2催化剂相比fe3o4催化剂具有更大的比表面积、更小的孔径、更大的孔容，孔径的减小和比表面积的增加有利于减少so2与no和h2o2在活性位点上的竞争吸附，fe3o4-tio2催化剂的孔结构参数相比fe3o4催化剂有明显改善；本发明的fe3o4-tio2催化剂，fe3o4与tio2载体之间存在相互作用，导致fe3o4周围的电子密度增加，促进了fe 2+离子的生成；tio2的负载可以促进氧空位浓度的增加，fe2+和ti3+的存在使得催化剂表面通过氧空位补偿机制可以生成更多的氧空位；

20、2.本发明的fe3o4-tio2催化剂可用于烟气催化氧化脱硝脱硫，脱硫脱硝实验表明so2的脱除主要依靠碱液的吸收，而no的氧化主要依赖于h2o2催化生成的·oh；催化剂脱硝脱硫的最佳工艺为：反应温度140℃；烟气流量0.5l/min；h2o2浓度2mol/l；h2o2注射速率30μl/min。

技术特征：

1.一种fe3o4-tio2催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的fe3o4-tio2催化剂的制备方法，其特征在于，所述第一碱液包括naoh溶液和/或koh溶液。

3.如权利要求1所述的fe3o4-tio2催化剂的制备方法，其特征在于，所述含有fe3+、fe2+的金属离子溶液的配制方法包括：将fecl3、feso4溶于hcl溶液中，即得含有fe3+、fe2+的金属离子溶液。

4.如权利要求1所述的fe3o4-tio2催化剂的制备方法，其特征在于，所述第一碱液的浓度为0.1～0.3mol/l；

5.如权利要求1所述的fe3o4-tio2催化剂的制备方法，其特征在于，所述碱液与所述金属离子溶液的体积比为(1～3):(1～3)。

6.一种如权利要求1～5任一所述的fe3o4-tio2催化剂的制备方法，其特征在于，所述fe3o4-tio2催化剂中fe3o4和tio2的摩尔比为1:(1～3)。

7.一种fe3o4-tio2催化剂，其特征在于，采用如权利要求1～6任一所述的制备方法制备得到。

8.一种如权利要求1～6任一所述的制备方法制备得到的fe3o4-tio2催化剂或权利要求7所述的fe3o4-tio2催化剂在烟气催化氧化脱硝中的应用。

9.如权利要求8所述的应用，包括以下步骤：

10.如权利要求8所述的应用，所述烟气的流量为0.25～2l/min，h2o2溶液的浓度为1～5mol/l，注射器的注射速率为10～50μl/min，催化反应器的温度为100～240℃，第二碱液包括naoh溶液和/或koh溶液。

技术总结
本发明提供了一种Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;‑TiO<subgt;2</subgt;催化剂及其制备方法和应用。本发明的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将纳米TiO<subgt;2</subgt;加入至第一碱液中，得到混合物；向混合物中加入含有Fe<supgt;3+</supgt;、Fe<supgt;2+</supgt;的金属离子溶液，于惰性气体保护下，在60～100℃下反应，固液分离后，即得Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;‑TiO<subgt;2</subgt;催化剂。本发明制备得到的Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;‑TiO<subgt;2</subgt;催化剂相比Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;催化剂具有更大的比表面积、更小的孔径、更大的孔容，孔径的减小和比表面积的增加有利于减少SO<subgt;2</subgt;与NO和H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;在活性位点上的竞争吸附，Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;‑TiO<subgt;2</subgt;催化剂的孔结构参数相比Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;催化剂有明显改善；本发明的催化剂可用于烟气催化氧化脱硝脱硫。

技术研发人员：王贲,孙路石,刘丰,杨武,万倩敏,贝雷,卢腾飞
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16