[發明專利]一種用于氨選擇性還原氮氧化物的催化劑及制備方法

在審

• 申請號: 201410781282.3
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104492425A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 盧冠忠;孟冬梅;詹望成;郭耘;郭楊龍;王麗;王筠松;王艷芹;劉曉暉
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01D53/56;B01D53/94;B01D53/90
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技術領域

本發明涉及用于煙道氣脫硝或機動車尾氣中氮氧化物消除的氨選擇性催化還原催化劑及其制備方法，屬于環境污染治理領域。

技術背景

目前我國的能源結構以煤炭為主，據統計我國發電裝機容量中火電裝機容量占?74%?以上，在將煤炭資源轉變為電能的同時，產生了大量的氮氧化物和二氧化硫，造成了嚴重的環境污染。在選擇性催化還原、選擇性非催化還原、氮氧化物儲存還原等各種煙道氣脫硝技術中，應用最廣泛、技術最成熟的是用氨選擇性催化還原脫硝法，該方法具有脫硝效率高、對鍋爐原有設備改造不大等優點，該技術在國內外已經實現大規模的工業化應用。在現有煙道氣氨催化還原脫硝技術中采用的催化劑為V-W/TiO₂催化劑，雖然該催化劑具有較高的活性和優異的抗硫性能，但是該催化劑存在以下起點：（1）低溫活性不高，V-W/TiO₂催化劑通常在350-450℃時才能發揮出較高的催化活性，而電廠煙道氣經過脫硫后尾氣溫度僅有50℃；（2）催化劑中的TiO₂載體在高溫下會因晶型的轉變而逐漸喪失活性；（3）催化劑體系中的活性組分V₂O₅具有生物毒性，容易揮發，危害生態環境和人體健康。因此，開發具有低溫高活性的新型氨選擇性催化還原氮氧化物的催化劑具有非常重要的意義和應用價值。另外，機動車尾氣中氮氧化物消除技術與煙道氣脫硝技術類似，因此低溫高活性的氨選擇性催化還原催化劑還可應用于機動車尾氣中氮氧化物的消除。

目前氨選擇性催化還原氮氧化物的催化劑主要有分子篩型催化劑和復合氧化物型催化劑。雖然分子篩型催化劑具有優良的氨選擇性催化還原氮氧化物的活性，但其抗硫性能較差，而國內油品中硫含量較高，因此目前還難以商業化應用。而復合氧化物型催化劑具有優良的氨選擇性催化還原氮氧化物活性的同時，具有良好的熱穩定性和抗硫性能。專利CN103007952A?報道了一種以鈰-鋯-鈷三種金屬氧化物組成的共溶體為載體和以?MnOx為活性組分制備的催化劑，在150℃、含有低濃度SO₂和空速為30000?h^-1的條件下，NO的轉化率可以達到90%。專利CN1724149A報道了一種低溫脫硝催化劑，該催化劑以氧化錳為活性組分和二氧化鈦為載體，以兩種或兩種以上的變價金屬鐵、銅、釩、鈰或鉻的氧化物為助劑，制備的催化劑在100℃和10000?h^-1空速的條件下，NO轉化率保持在95%以上。同時該催化劑具有很好的抗SO₂和H₂O中毒能力，當同時加入2000?ppm?SO₂和體積百分數為4.3%?H₂O的情況下，在120℃時NO轉化率能穩定在81％左右。Shan等?(Chem.?Commun.,?2011,?47,?8046–8048)報道了一種通過均相沉淀法制得的鈰鎢復合氧化物催化劑，該催化劑在250-425℃反應溫度和空速高達500000?h^-1的條件下，一氧化氮的脫除率為100%。雖然以上列舉的這些催化劑在中高溫反應條件下具有較高的氨選擇性催化還原氮氧化物的活性，但是低溫活性均不夠理想。

發明內容

本發明的目的是為了克服催化劑在煙道氣脫硝或機動車尾氣中氮氧化物消除等應用過程中對催化劑低溫活性的要求與現有催化劑低溫活性較差之間的矛盾，提供一種用于煙道氣脫硝或機動車尾氣中氮氧化物消除的低溫高活性氨選擇性催化還原催化劑及其制備方法，通過本發明的催化劑可顯著降低操作溫度，在50-300℃溫度范圍達到較高的NO脫除率，并且催化劑對煙道氣中低濃度的SO₂具有很強的耐受性能。

本發明的技術方案：

本發明涉及一種用于煙道氣脫硝或機動車尾氣中氮氧化物消除的低溫氨選擇性催化還原催化劑，以氧化錳為主活性組分，在其中摻雜一定量的一種或一種以上的稀土元素，稀土金屬與錳金屬的摩爾比在0.01-0.5之間。

在本發明中，氧化錳為無定型MnO₂、結晶型MnO₂、結晶型Mn₅O₈、結晶型Mn₂O₃中的一種或一種以上的任意比例的混合物，稀土氧化物由一種或一種以上的稀土氧化物組成，其中第一種稀土為氧化釤，第二種稀土為La、Ce和Er中一種或一種以上的化合物，第二種稀土金屬和錳金屬的摩爾比為0.005-0.2。