[發明專利]一種C納米管脫汞催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201410057491.3
• 申請日: 2014-02-20
• 公開（公告）號: CN103785374A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 楊劍;孫健;劉國慶;劉清才;楊強;賀媛媛;趙冬;孟飛;王鑄;朱廣太
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B01J23/26
• 分類號: B01J23/26;B01J35/02;B01D53/86;B01D53/64
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 王海鳳

技術領域

本發明涉及煙氣脫汞技術領域，具體涉及一種C納米管脫汞催化劑及其制備方法。

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背景技術

汞是自然界唯一的液態金屬元素，熔點只有-38.89℃。它作為一種有毒物質的歷史已經很久，屬于毒性最強的痕量元素之列。汞對生態環境的污染雖然是緩慢的，但進入大氣、水體和土壤之后，會在生物體內聚集，給人類生態環境造成嚴重危害。中國環境保護部頒布了最新的《火電長大氣污染物排放標準（GB13223-2011）》，要求從2015年起，將電廠燃煤煙氣中汞及化合物排放量控制在0.03mg/nm³。

對于燃燒煙氣汞的排放控制，目前較為成熟的脫汞方法有SCR催化氧化法和以活性炭為代表的吸附法。由于活性炭吸附法存在低容量、混合性差，低熱力學穩定性的特點，而且活性炭的利用率低、耗量大、直接使用活性吸附法成本過高。SCR?脫汞技術根據布置位置不同可分為高灰布置的SCR、低灰布置的SCR?和末端布置的SCR。然而由于脫汞溫度的限制，絕大多數廠里面采用高灰布置。在我國，因為潔凈煤技術使用的缺乏，煤燃燒后飛灰含量很高。直接導致催化堵塞鈍化嚴重，催化劑使用壽命短于國外，電廠脫汞成本顯著增加。

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發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明的一個目的是針對現在脫汞技術領域存在的不足，提供一種高選擇性，強抗中毒性，反應性能優良的脫汞催化劑，適用于各種固定源的脫汞。

另一個目的是提供一種制備上述脫汞催化劑的方法。

為實現上述目的，本發明是采用如下技術方案：一種C納米管脫汞催化劑，包括載體和附著在載體內的活性物質，所述載體為碳納米管，所述活性物質為鈰和鉻的氧化物；所述鈰的氧化物是由鈰的可溶性鹽焙燒后生成，鉻的氧化物是由鉻的可溶性鹽焙燒后生成。炭納米管構成催化劑的載體外殼，鈰和鉻的氧化物組成催化劑的活性納米粒子內核。

作為優化，所述碳納米管、水、鈰的可溶性鹽和鉻的可溶性鹽的摩爾比為：1：10~1000?：0.0001~0.4：0.0001~0.1。將催化劑活性成分配置在合理的范圍內，達到優異的脫汞效果，同時節約催化劑原材料。

作為優化，碳納米管為單壁納米管或多壁納米管，增加其表面積，提高其催化活性，碳納米管直徑在8~10nm之間。

一種制備上述C納米管脫汞催化劑的方法，包括以下步驟：

1）以炭納米管、水、鈰的可溶性鹽和鉻的可溶性鹽為原料，先用質量分數為60％～90％的濃硝酸對碳納米管進行純化處理，并在70?～90℃的恒溫水浴中攪拌2～10?小時，然后用去離子水沖洗至pH為6~7，最后在60～150℃下烘干；

2）采用浸漬法在碳納米管上負載活性物質，具體為：先將鈰的可溶性鹽和鉻的可溶性鹽分別配置成鈰溶液和鉻溶液，然后將步驟1）得到的碳納米管加入到鈰溶液和鉻溶液的混合溶液中攪拌浸漬2～20?小時，然后在60～150℃下烘干，最后氮氣保護下灼燒2～10?小時，灼燒溫度為300～700℃，得到催化劑樣品，其中，鈰元素和鉻元素的摩爾比為4~1：1，鈰元素與鉻元素之和與炭元素的摩爾比為0.01~0.5:1。

作為優化，所述步驟1）中鈰的可溶性鹽為硝酸亞鈰、硝酸鈰銨、硫酸亞鈰、硫酸鈰銨和醋酸鈰中一種或多種；所述鉻的可溶性鹽為硝酸鉻、碳酸鉻、硫酸錳鉻中一種或多種。催化劑活性成分來源廣泛易于購買和制備，若鈰的可溶性鹽和鉻的可溶性鹽采用多種可溶性鹽混合配制時，各種可溶性鹽中Ce和Cr摩爾比計算所得值在上述要求的范圍內即可。

相對于現有技術，本發明具有如下優點：

1、本發明提供的脫汞催化劑是炭基材料負載鈰、鉻的催化劑，該催化劑在300～?400℃之間具有較高的活性和選擇性，因此非常適用于低灰布置的SCR?脫硝裝置，該催化劑原料來源廣泛、制備工藝簡單，是一種很好的中溫催化劑。

2、本發明提供的脫汞催化劑是在脫汞技術領域的突破，首次提出以炭基材料為載體負載活性物質脫汞，不再完全依賴于傳統的活性炭吸附法和鈦鎢基SCR催化劑，具有很好的應用前景。

3、由于特殊的限域效應和量子效應，活性納米粒子的生長受到約束，其尺寸變小，有助于生成更多納米顆粒缺陷和氧空位，其催化活性增強，反應的選擇性也有效增強。一旦鈰和鉻的氧化物進入碳納米管內限域空間，其催化活性和選擇性都將有效增強。