一种平板式脱硝催化剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种平板式脱硝催化剂及其制备方法，包括基材和催化剂膏料，该膏料包括比表面积≥320g/m2的钛白粉40～50％、比表面积≥80g/m2的钛白粉35～45％、偏钒酸铵1～5％、润滑剂0.5～1％、α?氧化铝1～2％、纳米二氧化硅分散液0.8～2％、黏土2～6％、七钼酸铵1～5％以及NH31～3％；其制备方法包括：将上述原料与去离子水混合搅拌，制得催化剂膏料并涂覆在基材上，干燥，煅烧，即制得平板式脱硝催化剂。优点为制备的平板式脱硝催化剂不仅具有较高的机械强度和催化活性，而且其厚度极薄，仅为0.6～0.7mm；同时，该制备方法简单，可操作性强，成本低且环保。
【专利说明】
一种平板式脱硝催化剂及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于催化剂领域，尤其涉及一种平板式脱硝催化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 2015年，中国东部地区连续发生严重的雾霾天气，氮氧化物(ΝΟχ)是造成大气污染 的主要污染源之一，也是直接导致我国各地阴霾天、臭氧破坏以及空气污染的重大因素。尽 管燃煤电站所排放的氮氧化物在我国整体排放量中所占的比例不足20%，但由于其排放位 置相对集中，近年来越来越受到重视，因此寻求有效的脱硝方式成为国内外研究的热点。目 前，选择性催化还原脱硝技术(SCR)是脱硝效率最高、最具市场前景的脱硝技术，已成为国 际上高效控制ΝΟχ排放的首选。
[0003] 选择性催化还原脱硝技术的关键在于脱硝催化剂，现有的平板式催化剂存在催化 剂重量大、S02转化率高，并且当烟气含尘量大时容易积灰等缺点。
【发明内容】
[0004] 发明目的：本发明的第一目的是提供一种能够降低催化剂的厚度、降低so2/so3转 化率，且具有高机械强度和催化活性的平板式脱硝催化剂;本发明的第二目的是提供该脱 硝催化剂的制备方法。
[0005] 技术方案：本发明的平板式脱硝催化剂包括基材和涂覆于基材表面的催化剂膏 料，其中，膏料按质量分数包括如下原料：比表面积2 320g/m2的钛白粉40~50%、比表面积 2 80g/m2的钛白粉35~45%、偏钒酸铵1~5%、润滑剂0· 5~1 %、α-氧化铝1~2%、纳米二 氧化硅分散液0.8~2%、黏土2~6%、七钼酸铵1~5%以及ΝΗ31~3%。
[0006] 本发明采用上述原料制备的催化剂膏料具有优异的机械强度和催化活性，优选 的，比表面积2 320g/m2的钛白粉45~48%、比表面积2 80g/m2的钛白粉38~41 %、偏钒酸铵 1 · 85~2%、润滑剂0 · 6~0 · 8%、α-氧化铝1 · 25~1 · 5%、纳米二氧化硅分散液1~1 · 5%、黏 土3~4.6%、七钼酸铵2.9~4%以及ΝΗ31·8~2.5%。
[0007] 本发明采用物质成型性好、晶相稳定且硬度高的α-氧化铝，能够使催化剂获得更 好的耐磨性能，优选的，该氧化铝的比表面积为2 80g/m2,其与钛白粉粒径相近，分散度 更好。
[0008] 本发明在催化剂组分中添加润滑剂，其能够将各种原料混合的更加均匀，而且能 够使制得的脱硝催化剂具有更好的延展性，优选的，润滑剂可为硬脂酸、油酸、甘油、硅油中 的一种或多种。
[0009] 进一步说，本发明为制得厚度薄，网眼大的基材，设计的基材的网眼宽为2.6~ 3 · 1mm，网眼长为3~5mm，厚度为0 · 4~0 · 5mm。
[0010] 本发明制备平板式脱硝催化剂的方法包括如下步骤：
[0011 ] (1)按质量分数将比表面积2 320g/m2的钛白粉、比表面积2 80g/m2的钛白粉、偏钒 酸铵、润滑剂、α-氧化铝、纳米二氧化硅分散液、黏土、七钼酸铵以及NH3与去离子水混合搅 拌，制得催化剂膏料；
[0012] (2)将上述膏料涂覆在基材上，制得平板式脱硝催化剂半成品，其厚度为0.6~ 0.7mm，将该半成品干燥后，先加热至550~600 °C，恒温1.5~2h，降至室温后，即制得平板式 脱硝催化剂，其中，加热速率为2~4°C/min，进一步说，降至室温的降温速率为3~5°C/min。
[0013] 有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为:首先，制备的催化剂膏料具有 优异的机械强度和催化活性;其次，通过对基材网径和厚度的设计，使制得的平板式脱硝催 化剂的厚度变薄(仅为0.6~0.7mm)，厚度变薄可以降低单位体积的重量，增大单位体积的 流通面积，增强气体通过能力，从而使得平板式脱硝催化剂不易积灰，且由于S0 2转变成S03 的过程是一个慢反应，整个过程属于化学动力学控制，降低平板式脱硝催化剂的壁厚，可以 降低催化剂S02转化率；同时，制备时通过对煅烧的时间及温度的控制，不仅能够提高脱硝 催化剂的机械强度和活性，而且能够降低比表面积，节省原材料和能源。
【具体实施方式】
[0014] 下面对本发明的技术方案作进一步说明。
[0015]本发明的平板式脱硝催化剂包括如下物质：比表面积2 320g/m2的钛白粉40~ 50 %、比表面积2 80g/m2的钛白粉35~45 %、偏钒酸铵1~5 %、润滑剂0.5~1 %、α-氧化铝1 ~2%、纳米二氧化硅分散液0.8~2%、黏土2~6%、七钼酸铵1~5%以及ΝΗ31~3%。
[0016]本发明采用两种不同比表面积的钛白粉主要是为了在保证脱硝催化剂化学活性 的前提下，获得更好的机械性能，其中，选用比表面积2 320g/m2的钛白粉可以使催化剂成 品获得更大的反应面积，提高催化剂活性，而比表面积2 80g/m2的钛白粉则可以使催化剂 有更好的机械性能，提高耐磨强度;采用物质成型性好、晶相稳定且硬度高的α-氧化铝，能 够使催化剂获得更好的耐磨性能;添加润滑剂，其能够将各种原料混合的更加均匀，而且能 够使制得的脱硝催化剂具有更好的延展性;采用黏土主要是为了使催化剂获得更好的机械 强度。
[0017]而比表面积2 320g/m2的钛白粉、比表面积2 80g/m2的钛白粉、偏钒酸铵、润滑剂、 α_氧化铝、纳米二氧化硅分散液、黏土、七钼酸铵及NH3均可从市场上购买得到。
[0018] 实施例1
[0019] 原料包括:比表面积2 330g/m2的钛白粉45%、比表面积2 85g/m2的钛白粉41 %、偏 钒酸铵1.85 %、硬脂酸0.6 %、α-氧化铝1.25 %、纳米二氧化硅分散液1 %、黏土4.6 %、七钼 酸铵2.9%以及Mfel.8%。
[0020] 制备方法包括如下步骤：
[0021] (1)将比表面积2 330g/m2的钛白粉和去离子水加入搅拌机中搅拌后，加入比表面 积2 85g/m2的钛白粉、偏钒酸铵、比表面积2 85g/m2的α-氧化铝、纳米二氧化硅分散液、黏 土、七钼酸铵以及ΝΗ3混合，加入硬脂酸进行混合并搅拌，即制得催化剂膏料，将该膏料输送 到挤出机，制成催化剂膏体；
[0022] (2)采用冲切和碾平的工序，制得不锈钢网网眼宽2.95mm，网眼长4mm，厚度为 0.4mm，将上述制得的催化剂膏体，置于不锈钢网网板上，经辑压涂覆，涂覆成厚度为0.6mm， 即制得平板式脱硝催化剂半成品；将该半成品在20°C，相对湿度为50%的条件下，干燥25h 后，放入履带式煅烧炉，在空气气氛中煅烧，依次先逐渐加热至570°C，恒温1.8小时，然后降 至25°C，即制得平板式脱硝催化剂，其中，煅烧过程中的升温速率为3°C/min，降温速率为4 °C/min〇
[0023] 实施例2
[0024] 设计对比试验，基本步骤与实施例1相同，不同之处在于催化剂组分中不加入润滑 剂硬脂酸，其制得的脱硝催化剂与实施例1制得的脱硝催化剂的性能对照如表1所示。
[0025] 表1实施例1和2制得的脱硝催化剂的性能对照表
[0026]
[0027]由表1可知，磨损强度值越小、催化活性数值越大、比表面积数值越大，制得的脱硝 催化剂的综合性能越好，因此，实施例1制得的脱硝催化剂的磨损强度、催化活性和比表面 积优于实施例2制得的脱硝催化剂，这是由于加入润滑剂，其不仅能够将各种原料混合的更 加均匀，而且能够使制得的脱硝催化剂具有更好的延展性。
[0028] 实施例3
[0029]原料包括:比表面积2 340g/m2的钛白粉40%、比表面积2 90g/m2的钛白粉45%、偏 钒酸铵3 %、润滑剂(油酸及甘油)0.8%、α-氧化铝1.8%、纳米二氧化硅分散液1.8 %、黏土 5%、七钼酸铵1.2%以及ΝΗ31.4%
[0030] 制备方法包括如下步骤：
[0031] (1)将比表面积2 340g/m2的钛白粉和去离子水加入搅拌机中搅拌后，加入比表面 积2 90g/m2的钛白粉、偏钒酸铵、比表面积2 90g/m2的α-氧化铝、纳米二氧化硅分散液、黏 土、七钼酸铵以及ΝΗ3混合后，加入油酸及甘油进行混合并搅拌，即制得催化剂膏料;将该膏 料输送到挤出机，制成催化剂膏体；
[0032] (2)采用冲切和碾平的工序，制得钛网网眼宽2.6mm，网眼长3mm，厚度为0.5mm，将 上述制得的催化剂膏体，置于钛网网板上，经辊压涂覆，涂覆成厚度为〇.7mm，即制得平板式 脱硝催化剂半成品；将该半成品在l〇°C，相对湿度为15%的条件下，干燥20h后，放入履带式 煅烧炉，依次先逐渐加热至560°C，恒温1.5小时，然后降至10°C，在空气气氛中煅烧，即制得 平板式脱硝催化剂，其中，煅烧过程中的升温速率为2°C/min，降温速率为:TC/min。
[0033] 实施例4
[0034]原料包括：比表面积2 350g/m2的钛白粉50%、比表面积2 95g/m2的钛白粉35%、偏 钒酸铵5%、润滑剂(硬脂酸及硅油）1%、α_氧化铝2%、纳米二氧化硅分散液2%、黏土2%、 七钼酸铵1%以及ΝΗ32%。
[0035]制备方法包括如下步骤：
[0036] (1)将比表面积2 350g/m2的钛白粉和去离子水加入搅拌机中搅拌后，加入比表面 积2 95g/m2的钛白粉、偏钒酸铵、比表面积2 95g/m2的α-氧化铝、纳米二氧化硅分散液、黏 土、七钼酸铵以及ΝΗ3混合后，加入硬脂酸及硅油进行混合并搅拌，即制得催化剂膏料;将该 膏料输送到挤出机，制成催化剂膏体；
[0037] (2)采用冲切和碾平的工序，制得钛网网眼宽3.1mm，网眼长5mm，厚度为0.45mm，将 上述制得的催化剂膏体，置于钛网网板上，经辊压涂覆，涂覆成厚度为〇.65mm，即制得平板 式脱硝催化剂半成品；将该半成品在35°C，相对湿度为70%的条件下，干燥30小时后，放入 履带式煅烧炉，依次先逐渐加热至580°C，恒温2小时，然后降至35°C，在空气气氛中煅烧，即 制得平板式脱硝催化剂，其中，煅烧过程中的升温速率为4°C/min，降温速率为5°C/min。
[0038] 实施例5
[0039] 基本步骤与实施例1相同，不同之处在于原料含量为：
[0040] 比表面积2 330g/m2的钛白粉40%、比表面积2 85g/m2的钛白粉45%、偏钒酸铵 5%、硬脂酸1 %、比表面积2 85g/m2的α-氧化铝2%、纳米二氧化硅分散液2%、黏土2%、七 钼酸铵1%以及ΝΗ32% ;
[0041 ] 实施例6
[0042]基本步骤与实施例1相同，不同之处在于原料含量为：
[0043]比表面积为330g/m2的钛白粉50%、比表面积为85g/m2的钛白粉35%、偏钒酸铵 1 %、硬脂酸0.5 %、比表面积2 85g/m2的α-氧化铝1 %、纳米二氧化硅分散液〇 . 8 %、黏土 6%、七钼酸铵4.7%以及順31%;
[0044] 实施例7
[0045] 基本步骤与实施例1相同，不同之处在于原料含量为：
[0046]比表面积2 330g/m2的钛白粉40%、比表面积为2 85g/m2的钛白粉44.6%、偏钒酸 铵1 %、硬脂酸0.5%、比表面积为2 85g/m2的α-氧化铝1 %、纳米二氧化硅分散液0.8%、黏 土4.6 %、七钼酸铵5 %以及ΝΗ32.5 % ;
[0047] 实施例8
[0048] 基本步骤与实施例1相同，不同之处在于原料含量为：
[0049]比表面积2 330g/m2的钛白粉40%、比表面积2 85g/m2的钛白粉38%、偏钒酸铵 5%、硬脂酸1 %、比表面积2 85g/m2的α-氧化铝2%、纳米二氧化硅分散液2%、黏土6%、七 钼酸铵3%以及ΝΗ33% ;
[0050] 实施例9
[0051] 基本步骤与实施例1相同，不同之处在于原料含量为：
[0052]比表面积2 330g/m2的钛白粉48%、比表面积2 85g/m2的钛白粉38%、偏钒酸铵 1.85%、硬脂酸0.6%、比表面积2 85g/m2的α-氧化铝1.25%、纳米二氧化硅分散液1 %、黏 土3%、七钼酸铵4%以及ΝΗ32.3 % ;
[0053] 实施例10
[0054]基本步骤与实施例1相同，不同之处在于原料含量为：
[0055]比表面积2 330g/m2的钛白粉45%、比表面积2 85g/m2的钛白粉41%、偏钒酸铵 2 %、硬脂酸0.8 %、比表面积2 85g/m2的α-氧化铝1.5 %、纳米二氧化硅分散液1.5 %、黏土 3.5%、七钼酸铵2.9%以及NH31.8%;
[0056] 实施例11
[0057]基本步骤与实施例1相同，不同之处在于原料含量为：
[0058]比表面积2 330g/m2的钛白粉35%、比表面积2 85g/m2的钛白粉47%、偏钒酸铵 6%、硬脂酸3%、比表面积2 85g/m2的α-氧化铝3%、纳米二氧化硅分散液0.5%、黏土1 %、 七钼酸铵〇.5%以及见134%;
[0059] 实施例12
[0060] 基本步骤与实施例1相同，不同之处在于原料含量为：
[0061 ]比表面积2 330g/m2的钛白粉51.7%、比表面积2 85g/m2的钛白粉34%、偏钒酸铵 0.5%、硬脂酸0.3%、比表面积2 85g/m2的α-氧化铝3%、纳米二氧化硅分散液3%、黏土 1 %、七钼酸铵6 %以及ΝΗ30.5 % ;
[0062] 实施例5-12制得的平板式脱硝催化剂的性能如表2所示。
[0063] 表2不同的催化组分含量制得的脱硝催化剂的性能对照表
[0064]
[0066] 由表2可知，实施例5-10制得的脱硝催化剂的综合性能较好，其中以实施例9和10 制得的脱硝催化剂的综合性能最佳，而实施例5的样品因为比表面积为2 85g/m2的钛白粉 含量较高，因此机械强度较好;实施例11的样品因为比表面积为2 330g/m2的钛白粉含量较 高，因此比表面积最大。
[0067] 实施例13
[0068]设计6组平行实验，采用的α-氧化铝的比表面积分别为：60g/m2、70g/m2、80g/m 2、 85g/m2、90g/m2、95g/m2,其余步骤与实施例1相同，制得的脱硝催化剂的性能如表3所示。 [0069]表3不同的α-氧化铝的比表面积制得的脱硝催化剂的性能对照表
[0070]
[0071] 由表3可知，加入比表面积2 80g/m2的α-氧化铝制得的脱硝催化剂的综合性能优 于加入比表面积小于80g/m 2的α-氧化铝制得的脱硝催化剂的综合性能，这是由于加入比表 面积小于80g/m2的α-氧化铝，对催化剂的活性影响比较大，并且比表面积变小。
[0072] 实施例14
[0073] 设计5组平行实验，步骤（2)中加热的温度分别为530°C、550°C、580°C、600°C、620 °C，其余步骤与实施例1相同，制得的脱硝催化剂的性能如表4所示。
[0074] 表4加热至不同的温度制得的脱硝催化剂的性能对照表
[0075]
[0076]由表4可知，采用煅烧温度为550~600°C制得的脱硝催化剂的综合性能都较好;而 当煅烧温度为530°C时，由于煅烧温度低，催化剂不能获得较好的机械强度；当煅烧温度为 600°C时，由于煅烧温度高，部分二氧化钛由锐钛型转变为金红石型，比表面积和活性都大 幅下降。
[0077] 实施例15
[0078] 设计5组平行实验，步骤(2)中加热的升温速率分别为rC/min、2°C/min、3°C/min、 4 <€/111；[11、5<€/1]1；[11，其余步骤与实施例1相同，制得的脱硝催化剂的性能如表5所示。
[0079] 表5升温速率不同制得的脱硝催化剂的性能对照表
[0080]
[0082]由表5可知，采用2~4°C/min的升温速度制得的脱硝催化剂的综合性能均较优，这 是由于升温速率过高会对比表面积和活性产生较大影响，而升温速率过低，则会延长单位 生产时间，造成资源浪费。
【主权项】
1. 一种平板式脱硝催化剂，包括基材和涂覆于基材表面的催化剂膏料，其特征在于:所 述膏料按质量分数包括如下原料：比表面积2 320g/m2的钛白粉40~50%、比表面积2 80g/ m2的钛白粉35~45%、偏钒酸铵1~5%、润滑剂0.5~1 %、α-氧化铝1~2%、纳米二氧化硅 分散液0.8~2 %、黏土2~6 %、七钼酸铵1~5 %及ΝΗ31~3 %。2. 根据权利要求1所述的平板式脱硝催化剂，其特征在于:所述膏料按质量分数包括如 下原料:比表面积2 320g/m2的钛白粉45~48%、比表面积2 80g/m2的钛白粉38~41%、偏钒 酸铵1.85~2 %、润滑剂0.6~0.8 %、α-氧化铝1.25~1.5 %、纳米二氧化硅分散液1~ 1.5%、黏土3~4.6%、七钼酸铵2.9~4%以及ΝΗ31.8~2.5%。3. 根据权利要求1所述的平板式脱硝催化剂，其特征在于:所述润滑剂包括硬脂酸、油 酸、甘油、硅油中的一种或多种。4. 根据权利要求1所述的平板式脱硝催化剂，其特征在于:所述α-氧化铝的比表面积2 80g/m2。5. 根据权利要求1所述的平板式脱硝催化剂，其特征在于:所述基材的网眼宽为2.6~ 3 · 1mm，网眼长为3~5mm，厚度为0 · 4~0 · 5mm。6. -种制备权利要求1所述的平板式脱硝催化剂的方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 按质量分数将比表面积2 320g/m2的钛白粉、比表面积2 80g/m2的钛白粉、偏钒酸 铵、润滑剂、α-氧化铝、纳米二氧化硅分散液、黏土、七钼酸铵以及NH 3与去离子水混合搅拌， 制得催化剂膏料； (2) 将上述膏料涂覆在基材上，制得平板式脱硝催化剂半成品，且该半成品的厚度为 0.6~0.7mm，将半成品干燥后加热至550~600°C，恒温1.5~2h，降至室温后即制得平板式 脱硝催化剂。7. 根据权利要求6所述的制备平板式脱硝催化剂的方法，其特征在于:步骤(2)中，控制 所述平板式脱硝催化剂半成品的加热速率为2~4°C/min。8. 根据权利要求6所述的制备平板式脱硝催化剂的方法，其特征在于:步骤(2)中，控制 所述平板式脱硝催化剂半成品降至室温的降温速率为3~5°C/min。9. 根据权利要求6所述的制备平板式脱硝催化剂的方法，其特征在于:步骤(2)中，所述 平板式脱硝催化剂半成品在10~35°C、相对湿度为15~70%的条件下进行干燥。10. 根据权利要求6所述的制备平板式脱硝催化剂的方法，其特征在于:步骤(2)中，所 述平板式脱硝催化剂半成品的干燥时间为20~30h。
【文档编号】B01J23/28GK105854869SQ201610278722
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】于爱华, 徐勇, 陈勤好
【申请人】大唐南京环保科技有限责任公司