[發明專利]一種碳納米管負載鐵的低溫脫硝催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201310308634.9
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103506121A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 曲振平;苗雷;王輝
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01D53/86;B01D53/56
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種在低溫下以氨為還原劑選擇性催化還原脫硝的催化劑及其制備方法，具體地說是涉及到以Fe₂O₃為活性組分，碳納米管(CNTs)為載體的催化劑。屬于環境催化凈化技術領域。

背景技術

隨著工業化的高速發展，人類活動向大氣中排放大量氮氧化物(NO_x)，給人類健康和生態環境帶來了嚴重的危害，如酸雨、光化學煙霧等，已經引起了越來越多的關注。為了有效控制NO_x的排放，我國在“十二五”規劃中明確提出了NO_x的排放要求。因此，有效去除NO_x是環保領域的研究重點。目前，氨選擇性催化還原技術(NH₃-SCR)是應用最廣泛的煙氣脫硝技術。在催化劑的作用下，以NH₃為還原劑，發生如下反應：4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O，4NH₃+2NO₂+O₂→3N₂+6H₂O，4NH₃+2NO+2NO₂→4N₂+6H₂O。傳統的釩基催化劑，其低溫活性不足。但在實際生產中，SCR系統通常布置在脫硫除塵裝置之后，以減少SO₂和煙塵對催化劑的損害，這就導致煙道氣溫度降低。同時，釩基催化劑還存在選擇性差及V₂O₅的生物毒性等缺點。因此，研究新型綠色低溫脫硝催化劑迫在眉睫。

目前低溫NH₃-SCR催化劑的活性組分主要有貴金屬和過渡金屬氧化物兩大類，貴金屬催化劑在低溫下具有較好的催化活性，但是活性溫度窗口較窄，選擇性較差，造成脫硝過程中N₂O生成量較多，脫硝效率下降，且造價昂貴。而大多數過渡金屬（如Fe、Mn、Ce、Co、Ni、Cu等）氧化物具有可變價態，能有效提供整個SCR反應過程中所需的活性氧物種，具有良好的氧化還原性質、一定的儲氧能力、抑制燒結能力以及綠色廉價等特點，因此成為目前研究最多且最具有廣泛應用前景的SCR催化劑，但目前仍然存在著低溫活性不理想，反應溫度窗口較窄等缺點。

其中來源廣泛、無毒無害、自然界中普遍存在的Fe基催化劑具有較好的低溫催化活性，且Fe³⁺和Fe²⁺間電子變化為NO的氧化還原提供了更好的電子轉移通道，能夠快速將NO催化氧化為NO₂。而CNTs具有巨大的比表面積和中孔分子通道，促進了活性組分的均勻分散；其特殊的電子效應，有利于SCR反應過程中的電子傳遞，促進了反應的進行；同時相比于活性炭等其他碳材料具有更好的抗氧化性。因此結合鐵氧化物與碳納米管的優勢，通過合成方法的調控構建的新型Fe₂O₃/CNTs將有望成為高效低溫催化還原脫硝催化劑，具有廣泛的應用前景。

發明內容

為了克服目前SCR催化劑低溫活性不高，反應溫度窗口較窄等問題，本發明提供了一種碳納米管負載Fe₂O₃催化劑以及制備方法。

本發明的催化劑由催化活性組分和催化劑載體兩部分構成，催化劑的活性組分為Fe₂O₃，其中Fe在催化劑中的含量為20-40wt%；載體為碳納米管。

本發明采用的技術方案為以經過濃硝酸處理的碳納米管為載體負載Fe₂O₃，分別以去離子水或乙二醇作為溶劑，以氫氧化鈉或尿素作為沉淀劑，采用沉淀法制備該催化劑。其制備方法包括以下步驟：

（1）催化劑載體的制備

載體碳納米管需要經過酸處理，具體方法是：將碳納米管加入到68wt%的濃硝酸中，加熱回流5h，再用蒸餾水進行稀釋、過濾、洗滌至pH=6～7，然后烘干、研磨備用。

（2）催化劑活性組分的負載