[發明專利]鈣鈦礦型SCR催化劑及制備方法

在審

• 申請號: 201710502104.6
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107398280A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 唐幸福;高佳逸;郗厚站;劉宏偉
• 申請（專利權）人: 碧水藍天環保集團有限公司;復旦大學
• 主分類號: B01J23/83
• 分類號: B01J23/83;B01J23/34;B01J23/889;B01D53/86;B01D53/56
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 韓建偉,謝湘寧

技術領域

本發明涉及煙氣脫硝技術領域，具體而言，涉及一種鈣鈦礦型SCR催化劑及制備方法。

背景技術

氮氧化物(NO_x)不僅是形成酸雨的主要污染物之一，也是形成大氣中光化學煙霧的重要物質和消耗O₃的一個重要因子，其主要成分為一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)。氮氧化物對人體眼睛和呼吸道具有強烈的刺激性。長期吸入氮氧化物可能會導致肺部構造改變，嚴重危害人體健康。《2014年環境統計年報》顯示，2014年我國氮氧化物排放總量為2078.0萬噸，其中工業氮氧化物排放量占全國氮氧化物排放總量的67.6％。2014年調查統計的工業行業中，氮氧化物排放量位于前三位的行業依次為電力、熱力生產和供應業，非金屬礦物制品業和黑色金屬冶煉及壓延加工業。此三個行業的氮氧化物排放量之和占重點調查工業企業氮氧化物排放總量的84.0％。就此現狀，2015年我國全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造，嚴格控制工業源的氮氧化物排放量，例如“超低排放”要求火電廠氮氧化物排放量低于50mg/m³，焦化行業氮氧化物排放量低于150mg/m³等。因此，控制氮氧化物的排放任重道遠。

選擇性非催化還原(Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR)和選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction，SCR)是目前國際上應用最為廣泛的煙氣脫硝技術，其反應機理都是以外加的氨氣(NH₃)作為還原劑將煙氣中的NO_x還原成無毒無害的氮氣和水。然而SNCR的脫硝效率一般不超過60％。如果只單獨使用SNCR技術，難以滿足日益嚴格的排放標準。所以NH₃-SCR技術是實現氮氧化物超低排放的必要手段，其核心脫硝催化劑性能決定了SCR技術的應用條件和范圍。目前，釩系催化劑(如V₂O₅/WO₃-TiO₂和V₂O₅/MoO₃-TiO₂)是市場上普遍使用的SCR催化劑，但是其溫度窗口較窄(300～420℃)，使用壽命短，不易再生，更重要的是V₂O₅具有生物毒性。為了取代有毒的釩系催化劑，無毒催化劑一直是研究熱點。鈣鈦礦型氧化物由于其組成多樣、結構穩定、抗高溫燒結性能好等優勢而被研究作為SCR催化劑。

然而，目前已有的鈣鈦礦型SCR催化劑在脫硝效率、溫度窗口及抗硫抗水性能方面的表現均存在欠缺。如何進一步提高鈣鈦礦型SCR催化劑的脫硝效率、拓寬其溫度窗口以及增強其抗硫抗水性能，是亟待解決的問題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種鈣鈦礦型SCR催化劑及制備方法，以解決現有技術中鈣鈦礦型SCR催化劑在脫硝效率、溫度窗口及抗硫抗水性能方面的表現存在欠缺的問題。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種鈣鈦礦型SCR催化劑，其化學通式為ABO₃，通式中A元素為稀土元素及堿土金屬元素中的一種或多種，且鈰元素為A元素中的必選元素；B元素為錳元素、鐵元素、鈷元素、鎳元素及銅元素中的一種或多種。

進一步地，A元素與B元素的摩爾比為0.5～2:1，優選為1:1。

進一步地，除了鈰元素以外，稀土元素選自鑭元素、銪元素、釤元素、鐠元素及釓元素中的一種或多種；堿土金屬元素選自鎂元素、鈣元素、鍶元素及鋇元素中的一種或多種。

進一步地，除了鈰元素以外，A元素還包括鑭元素和/或鍶元素；優選地，A元素包括鈰元素、鑭元素和鍶元素，且鈰元素、鑭元素和鍶元素之間的摩爾比為1～3:7～9:1～3。

根據本發明的另一方面，提供了一種鈣鈦礦型SCR催化劑的制備方法，其包括以下步驟：將A元素的可溶性鹽、B元素的可溶性鹽、水及絡合劑混合，得到混合液；使混合液中的水分揮發以形成凝膠；將凝膠進行灰化處理，得到海綿狀材料；以及將海綿狀材料進行焙燒，得到鈣鈦礦型SCR催化劑。

進一步地，絡合劑選自乙二胺四乙酸、檸檬酸及聚丙烯酸中的一種或多種；優選地，將絡合劑的摩爾量記為n1，將A元素的可溶性鹽和B元素的可溶性鹽的摩爾總量記為n2，其中n1:n2＝1～2.5；優選地，A元素的可溶性鹽為硝酸鹽和/或氯鹽，B元素的可溶性鹽為硝酸鹽和/或氯鹽。