[發明專利]一種高效脫硝復合氧化物催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410023640.4
• 申請日: 2014-01-16
• 公開（公告）號: CN103769083A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 馬玲玲;徐殿斗;朱珺之;張曉萌
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01D53/90;B01D53/56
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(一)技術領域

本發明涉及一種高效脫硝復合氧化物催化劑及其制備方法和應用，以及利用該催化劑在富氧條件下選擇性催化還原氮氧化物的方法。該催化劑適用于燃煤電廠、工業鍋爐、煅燒窯爐等固定源及稀燃汽油車和柴油車等移動原排放氮氧化物(NO_x)的消除，屬于環境催化材料和環境保護技術領域。

(二)背景技術

氮氧化物排放作為一種主要的大氣污染物，能引發酸雨、光化學煙霧及灰霾等，對環境質量和人類健康產生嚴重危害。因此，NO_x的排放控制已成為目前環境催化和大氣污染控制技術領域中的研究熱點。

NH₃選擇性催化還原(Selective?catalytic?reduction，SCR)氮氧化物被認為是固定源排放NO_x污染控制的最有效的方法之一。SCR技術的核心是高性能催化劑的研制。目前，工業化應用的NH₃-SCR催化劑，主要是以TiO₂為載體，再負載上一定量的V₂O₅，WO₃或MoO₃作為活性組份，該催化劑在320-400℃范圍內有良好的催化性能。但是，該催化劑存在以下問題：活性組份V₂O₅的前軀體毒性大，容易造成環境污染；并且該催化劑活性溫度窗口窄，當煙氣溫度低于300℃時，催化劑的脫硝性能低。我國存在大量的工業燃燒設備，包括工業鍋爐、煅燒窯爐及水泥回轉窯等，在空氣預熱器與省煤器之間煙氣溫度通常在250-350℃之間，低于燃煤電站鍋爐煙氣溫度(320-400℃)。而電廠鍋爐的煙氣排放溫度隨負荷而變動，低負荷運行時即使在空氣預熱器前的溫度也可能降至250℃以下，國內外現有SCR催化劑不能應用于電廠鍋爐低負荷運行的煙氣條件。因此，開發寬溫度窗口的脫硝催化劑，對滿足我國工業燃燒設備煙氣脫硝的技術需求，以及電廠在不同負荷條件下NO_x的消除，具有重要的應用價值。

本發明通過水熱法制備了一種在寬的溫度范圍內對NO_x脫除性能良好的新型復合氧化物催化劑。

(三)發明內容

本發明的目的是提供一種高效脫硝復合氧化物催化劑及其制備方法和應用，發揮錳鈰鈦復合氧化物中各組份間的協同催化效應，改善催化劑的性能，從而制得了一種活性溫度窗口寬、抗水抗硫能力高、NO_x去除性能優良的環境友好型脫硝催化劑。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明提供一種高效脫硝復合氧化物催化劑，該催化劑是通過水熱法制備的錳鈰鈦復合氧化物，其組成表示為Mn_xCe_yTi_l-x-yO₂，其中Mn的摩爾百分含量0.1≤x≤0.3，Ce的摩爾百分含量0.1≤y≤0.2，Ti的摩爾百分含量在0.6-0.8之間。

本發明提供了一種高效脫硝復合氧化物催化劑的方法，其特征在于：該方法依次包括以下步驟：

(1)配制0.5～1.0mol/L的硝酸錳溶液，1～2mol/L的硝酸鈰和硫酸鈦溶液；

(2)取步驟(1)所得硝酸錳、硝酸鈰和硫酸鈦溶液，30～50℃水浴攪拌30～60分鐘，得到混合溶液；

(3)將步驟(2)所得混合溶液在不斷攪拌下加入氨水至pH值為10，將所得混合液轉移至水熱反應釜中，在120℃條件水熱反應12～48小時，然后降至室溫；

(4)取步驟(3)所得反應液抽濾，洗滌，在120℃條件下烘干12～24小時，然后于馬弗爐中在500℃條件下焙燒4～8小時，制得錳鈰鈦復合氧化物催化劑。

本發明還提供了采用上述錳鈰鈦復合氧化物催化劑還原氮氧化物的應用，其特征包括以下步驟：

(1)將錳鈰鈦復合氧化物催化劑裝載在固定床反應器當中，反應溫度控制在150～400℃范圍；

(2)以氨氣為還原劑，控制氣體總流量在200～400ml/min，空速在64,000～128,000h^-1。

本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果：不采用有毒性的活性組分V₂O₅，通過發揮錳鈰鈦組份間的協同催化作用，有效提高了催化劑的低溫脫硝性能，拓寬了催化劑的活性溫度窗口，具備了高效催化凈化氮氧化物的性能，在200～400℃范圍內氮氧化物的凈化效率達90～97％。

(四)具體實施方式