蜂窝状催化剂、其原料组合物、其制备方法与低温协同脱除烟气中氯代芳烃及氮氧化物的应用

本发明涉及催化剂，特别涉及一种蜂窝状催化剂、其原料组合物、其制备方法与低温协同脱除烟气中氯代芳烃及氮氧化物的应用。

背景技术：

1、城市生活垃圾焚烧、铁矿石烧结、金属冶炼、焦化工业等热工业过程产生的烟气是痕量高毒性二恶英类氯代芳烃和常规nox(氮氧化物)的重要排放来源。包括氯苯(cb)、多氯联苯(pcbs)、多氯联苯并二恶英/多氯联并呋喃(pcdd/fs)等在内的氯代芳烃污染物毒性较强，化学性质稳定，进入人体后代谢极其缓慢，已被公认为致癌物。nox是引起酸雨、光化学烟雾和臭氧损耗的主要原因之一。工业烟气介质的温度使得热催化降解成为控制氯代芳烃和氮氧化物较为经济的处置手段。氯代芳烃可以在相对较低的温度条件下被催化氧化为co2、hcl和h2o等最终产物。在nox的降解技术中，选择性催化还原技术(scr)作为一种高效成熟的尾气脱销技术已经被广泛的应用于火力发电、燃煤锅炉等领域。

2、在实现本发明构思的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：二恶英类氯代芳烃和氮氧化物的处理分别进行，增加了设备的占用空间和设备成本；烟气中的水蒸气和二氧化硫等干扰组分会降低催化剂活性；催化剂制备过程操作复杂，能耗较高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种蜂窝状催化剂、其原料组合物、其制备方法与低温协同脱除烟气中氯代芳烃及氮氧化物的应用，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

2、作为本发明的一个方面，提供了一种蜂窝状催化剂的原料组合物，包括：催化剂载体，为钛白粉；活性组分的前驱盐，包括铈盐、锰盐和钒盐；活性助剂的前驱盐，选自钨酸盐或钼酸盐；助溶剂，用于与活性组分湿法混合，使活性组分溶解；成型助剂，用于与催化剂载体、活性助剂的前驱盐在干混后，再和湿法混合的活性组分的前驱盐和助溶剂以干湿混炼的方式混合成型。

3、根据本发明的实施例，铈、锰、钒、钛的摩尔比为(0.02-0.1):(0.02-0.24):(0.01-0.07):1。

4、根据本发明的实施例，铈、锰、钒、钛的摩尔比优选为0.02:0.06:0.03:1。

5、根据本发明的实施例，助溶剂选自草酸、单乙醇胺中的一种；活性助剂的质量为催化剂载体质量的1％-10％；成型助剂包括粘结剂、增强剂、造孔剂、润滑剂、增韧剂、分散剂；成型助剂的质量为催化剂载体质量的12.3％-45％。

6、根据本发明的实施例，粘结剂选自羧甲基纤维素、聚氧化乙烯和粘土中的任意一种、两种或三种，粘结剂的质量为催化剂载体质量的1-8％；增强剂为玻璃纤维，增强剂的质量为催化剂载体质量的3-10％；造孔剂选自木棉、活性炭中的一种，造孔剂的质量为催化剂载体质量的0.5-2％；润滑剂选自硬脂酸、甘油中的一种，润滑剂的质量为催化剂载体质量的0.3-2％；增韧剂为乳酸，增韧剂的质量为催化剂载体质量的0.5-3％；分散剂选自单乙醇胺和氨水中的任意一种或两种，分散剂的质量为催化剂载体质量的7-20％。

7、在本发明的另一方面，公开了一种使用上述原料组合物制备蜂窝状催化剂的制备方法，包括：利用助溶剂将活性组分的前驱盐溶解，得到活性组分溶液；将催化剂载体、活性助剂的前驱盐、成型助剂进行干混后，与活性组分溶液进行干湿混合，得到泥料；将泥料依次进行陈腐、真空练泥后，通过挤出成型，得到蜂窝状结构的生坯；以及将蜂窝状结构的生坯依次进行烘干、煅烧，得到蜂窝状催化剂。

8、根据本发明的实施例，陈腐时间为12-24h；真空练泥时间为1-3h；烘干温度为30-60℃，烘干时间为6-12天；煅烧温度为200-600℃，煅烧时间为30-40h。

9、在本发明的另一方面，公开了一种通过上述制备方法制得的蜂窝状催化剂，包括：活性组分，包括铈氧化物、锰氧化物、钒氧化物；活性助剂，选自钨氧化物或钼氧化物；以及催化剂载体，为钛白粉。

10、在本发明的另一方面，公开了一种上述蜂窝状催化剂协同脱除烟气中氯代芳烃及氮氧化物的应用，其中反应温度大于等于150℃。

11、根据本发明的实施例，烟气的相对湿度为0％-70％，烟气所含的二氧化硫的浓度为0-100mg/m3。

12、本发明实施例提供的蜂窝状催化剂的原料组合物得到的蜂窝状催化剂，利用铈、锰、钒、钛的共同作用，可以在较低催化温度下协同脱除氯代芳烃和氮氧化物，并且具有较强的抗水抗硫能力。使用上述蜂窝状催化剂的原料组合物制备得到的蜂窝状催化剂可以一次挤出成型，无需二次煅烧，成品率高，并且上述原料组合物成本低廉，可以降低蜂窝状催化剂的生产成本，因此有利于在工业上大规模应用。

13、本发明实施例提供的蜂窝状成型催化剂在含有水蒸气和二氧化硫干扰组分的烟气条件下仍能保持优异的活性，表现出了良好的抗水抗二氧化硫性能，并且长时间运行中催化效率保持不变，具有催化活性高、抗干扰能力强、稳定性好的特点。

技术特征：

1.一种蜂窝状催化剂的原料组合物，包括：

2.根据权利要求1所述的原料组合物，其中，铈、锰、钒、钛的摩尔比为(0.02-0.1):(0.02-0.24):(0.01-0.07):1。

3.根据权利要求1所述的原料组合物，其中，铈、锰、钒、钛的摩尔比为0.02:0.06:0.03:1。

4.根据权利要求1所述的原料组合物，其中，所述助溶剂选自草酸、单乙醇胺中的一种；

5.根据权利要求1所述的原料组合物，其中：

6.一种使用如权利要求1至5中任一项所述的原料组合物制备蜂窝状催化剂的制备方法，包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其中：

8.一种如权利要求6或7所述的制备方法制得的蜂窝状催化剂，包括：

9.一种如权利要求8所述的蜂窝状催化剂协同脱除烟气中氯代芳烃及氮氧化物的应用，其中：

技术总结
本发明提出了一种蜂窝状催化剂、其原料组合物、其制备方法与低温协同脱除烟气中氯代芳烃及氮氧化物的应用，可以应用于催化剂技术领域。本发明提出的蜂窝状催化剂的原料组合物，包括：催化剂载体，为钛白粉；活性组分的前驱盐，包括铈盐、锰盐和钒盐；活性助剂的前驱盐，选自钨酸盐或钼酸盐；助溶剂，用于与活性组分湿法混合，使活性组分溶解；成型助剂，用于与催化剂载体、活性助剂的前驱盐在干混后，再和湿法混合的活性组分的前驱盐和助溶剂以干湿混炼的方式混合成型。本发明提供的蜂窝状催化剂的原料组合物制备得到的蜂窝状催化剂可以在较低催化温度下协同脱除氯代芳烃和氮氧化物，具有较强的抗水抗硫能力，可以一次性挤出成型。

技术研发人员：苏贵金,李倩倩,周志威,孙博华,花昱伉,宋茂勇
受保护的技术使用者：中国科学院生态环境研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10