[發明專利]一種去除焚燒煙氣中有機污染物的催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 200910100762.8
• 申請日: 2009-07-21
• 公開（公告）號: CN101637722A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 田維;樊孝玉;楊杭生;張孝彬
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01J21/18;B01J37/00;B01D53/86;B01D53/44;B01D53/70
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及一種可去除燃煤電廠、冶金工業、垃圾焚燒等高溫過程產生的煙氣中排放的二惡英(Dioxin)類持久性有機污染物的催化劑及制備方法。

背景技術

隨著我國綜合國力的提高，人民生活水平同時不斷提高，與此相伴的是能源的大量消耗和環境的日益惡化。其中，包括燃煤電廠、冶金工業、垃圾焚燒等高溫過程中產生的煙氣中排放的二惡英(Dioxin)類持久性有機污染物是環境污染主要因素之一。Dioxin(包括多氯二苯并二惡英和多氯二苯并呋喃，也稱PCDD/DFs)是由2個或1個氧原子聯接2個被氯取代的苯環組成的三環芳香族有機化合物，共有210種同類物(75種PCDDs異構體/同類物和135種PCDFs異構體/同類物)，統稱為二惡英類。二惡英類是一類非常穩定的親脂性固體化合物，其熔點較高，分解溫度大于700℃，極難溶于水，可溶于大部分有機溶劑，所以二惡英類容易在生物體內積累。自然界的微生物降解、水解和光解作用對二惡英類的分子結構影響較小，難以自然降解。二惡英類中的一些異構體是劇毒物質，其急性毒性相當于氰化鉀的1000倍。從職業暴露和工業事故受害者身上已得到一些二惡英類對人體毒性數據及臨床表現，例如可引起皮膚痤瘡、頭痛、失聰、憂郁、失眠等癥，并可能導致染色體損傷、心力衰竭、癌癥等。

大氣環境中的二惡英90％來源于城市和工業垃圾焚燒。含鉛汽油、煤、防腐處理過的木材以及石油產品、各種廢棄物，特別是醫療廢棄物在燃燒溫度低于300-400℃時容易產生二惡英。二惡英還作為雜質存在于一些農藥產品中，例如五氯酚、2，4，5-T等。垃圾焚燒過程是二惡英類排放的主要源頭。中國近年來的PCDD/DFs的排放量估計在9952.8g?I-TEQ/year，其中大氣中的排放量約為4160.6g?I-TEQ/year，遠遠超過美國和日本等發達國家的排放量。由于中國對環境污染的控制起步相對比較遲，缺少相應的控制技術，無法實現廉價有效的控制，是造成污染物大量排放的關鍵因素。例如，中國鮮有采用選擇性催化反應技術控制高溫煙氣中二惡英的排放，而該技術在發達國家已經被廣泛采用。

鑒于二惡英類持久性有機污染物對人類將抗和自然環境特別的危害，為保護生態環境和保障人類健康，對二惡英實行污染控制和治理研究已迫在眉睫。中國政府已經簽訂了《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》，并將按照公約規定，采用最佳可行技術/最佳環境實踐，實現二惡英控制和減排目標。

目前對二惡英的排放控制背景技術主要有高溫分解、快速冷卻煙氣以縮短在二惡英最佳合成溫度區的停留時間以及活性炭吸附法、氣體清洗法等，大都工藝復雜，限制很多。在中國，采用活性炭吸附的方法被廣泛采用。但是，該方法僅是將二惡英從氣相轉移到固相，吸附有二惡英的活性炭還需要另加處理。例如，噴活性炭加布袋除塵器在200℃以下收集飛灰，二惡英被吸附在活性炭上或者凝附于飛灰上最后富集，使得收集的帶有活性炭的飛灰混合物成為危險固廢，未經特殊處理不可進入填埋場，通常每噸飛灰的處理成本在1000元以上。此外當飛灰中二惡英含量高時，由于其氣相分壓高，也會使煙氣中二惡英的排放濃度高。因為單純的吸附或清洗僅僅是將二惡英從氣相轉移到另一相中，將其徹底分解才是合理的方法。

在發達國家已經被廣泛采用選擇性催化反應技術(SCR)，是高溫過程中煙氣凈化，控制NO_X、二惡英類的排放最有效方法。為了提高催化劑的使用壽命，脫除二惡英類污染物用的SCR系統大多數安裝在尾氣段，此時的煙氣溫度一般低于200℃。但是，目前成熟的商業SCR催化劑的最佳運行溫度一般在300～400℃，因此，必須對煙氣進行再加熱，造成設備和運行成本的增加。

發明內容

本發明的目的是提供一種去除焚燒煙氣中排放的二惡英類持久性有機污染物的催化劑的制備方法。

本發明的去除焚燒煙氣中有機污染物的催化劑，是以碳納米管和二氧化鈦為載體，以錳的氧化物為活性組分的催化劑，催化劑中活性組分占催化劑總質量的5～20％，碳納米管占總質量的10％。

上述錳的氧化物為Mn₂O₃。

去除焚燒煙氣中有機污染物的催化劑的制備方法，包括以下步驟：

1)將經HNO₃純化后的碳納米管超聲分散在乙醇中，同時加入表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨，超聲振蕩，得A液，碳納米管∶乙醇∶十六烷基三甲基溴化銨的質量比為10∶500～700∶1；

2)將正鈦酸丁酯溶于乙醇中，然后加入水解抑制劑醋酸，超聲，得B液，正鈦酸丁酯∶乙醇∶醋酸的體積比為4∶6～8∶1；