[發(fā)明專利]一種無毒中高溫抗堿金屬脫硝催化劑及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711032656.1
• 申請(qǐng)日: 2017-10-30
• 公開（公告）號(hào): CN107913716A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐幸福;陳俊逍;高佳逸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/888
• 分類號(hào): B01J23/888;B01J23/887;B01D53/56;B01D53/86
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 陸飛,陸尤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于大氣污染控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無毒中高溫抗堿金屬脫硝催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

當(dāng)前我國大氣環(huán)境形勢(shì)十分嚴(yán)峻，部分區(qū)域和城市大氣灰霾現(xiàn)象突出，許多地區(qū)主要污染物排放量超過環(huán)境容量。在傳統(tǒng)煤煙型污染尚未得到控制的情況下，以臭氧、細(xì)顆粒物（PM_2.5）和酸雨等為特征的區(qū)域性復(fù)合型大氣污染日益突出，區(qū)域內(nèi)空氣重污染現(xiàn)象大范圍化且發(fā)生頻次日益增多，嚴(yán)重制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，威脅人民群眾的身體健康。我國主要大氣污染物排放量巨大，2015年二氧化硫、氮氧化物排放總量分別為 1859.1萬噸、1851.9 萬噸，位居世界第一，均遠(yuǎn)超出環(huán)境承載能力，因而控制和治理氮氧化物的污染是目前我國環(huán)保領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。因此，開發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的、環(huán)境友好型的煙氣脫硝技術(shù)成為我們目前面臨的新挑戰(zhàn)。

SCR（選擇性催化還原法）是指在催化劑作用下，利用還原劑（液氨、尿素等）使氮氧化物還原為氮?dú)夂退募夹g(shù)，其原理首先由Engelhard 公司發(fā)現(xiàn)并于1957 年申請(qǐng)專利，后來日本成功研制出V₂O₅/TiO₂催化劑，并分別于1977 年和1979 年在燃油和燃煤鍋爐上成功投入商業(yè)應(yīng)用。SCR是目前火電行業(yè)主流的脫硝技術(shù)之一，其裝置結(jié)構(gòu)簡單，并且脫除效率高（可達(dá)90%以上）。

催化劑是SCR技術(shù)的核心部分，決定了SCR系統(tǒng)的脫硝效率和經(jīng)濟(jì)性，其建設(shè)成本占煙氣脫硝工程成本的20%以上，運(yùn)行成本占30%以上。SCR法脫硝催化劑的活性溫度窗口為300~420℃。如果反應(yīng)溫度太低，就會(huì)降低催化劑的活性，使脫硝效率下降；如果反應(yīng)溫度太高，NH₃容易被氧化，生成NO_x，影響脫硝效率。目前使用的脫硝催化劑由于使用了釩鈦系物質(zhì)，含有劇毒成分，其主要活性成分V₂O₅是一種劇毒物質(zhì)，對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)和皮膚會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害，長期接觸可引起支氣管炎、視力障礙、腎損害等，且該催化劑易受堿金屬毒害失活。因此，開發(fā)一種無毒中高溫抗堿金屬脫硝催化劑具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

與傳統(tǒng)釩鎢鈦催化劑相比，鐵基催化劑具有環(huán)境無害、抗SO₂和H₂O毒化作用強(qiáng)、脫硝成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此與傳統(tǒng)的釩鎢鈦催化劑相比，鐵基催化劑無疑將更加適用于電站鍋爐等煙氣的氮氧化物排放控制，但是單一鐵基催化劑脫硝溫度窗口較高較窄，需要進(jìn)一步改進(jìn)，因此開發(fā)一種新型無毒、廉價(jià)、高活性、高N₂選擇性和抗硫抗水且抗堿金屬的鐵基中高溫脫硝催化劑具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

本發(fā)明鐵基中高溫抗堿金屬脫硝催化劑以二氧化鈦為載體，以鈰氧化物、鐵氧化物、鎳氧化物中的一種或多種為活性組分，以鈮氧化物、鉬氧化物和鎢氧化物中的一種或多種為助劑，在300～400℃和6,000～100,000h^-1空速的條件下，脫硝效率穩(wěn)定在95%以上，N₂選擇性高于92%，且具備強(qiáng)抗硫抗水抗堿金屬能力，相較于傳統(tǒng)VWTi催化劑，更適用于電站鍋爐等煙氣氮氧化物的排放控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種無毒中高溫抗堿金屬脫硝催化劑及其制備方法和應(yīng)用，并解決傳統(tǒng)釩鈦催化劑具有生物毒性、易受堿金屬中毒等問題，適用于電站鍋爐等煙氣的氮氧化物排放控制。

本發(fā)明提供的無毒中高溫抗堿金屬脫硝催化劑，由載體、活性組分和助劑組成，其中，所述載體為二氧化鈦，所述活性組分為鎳氧化物、鐵氧化物和鈰氧化物中的一種或多種，所述助劑為鎢氧化物、鉬氧化物和鈮氧化物中的一種或多種；以二氧化鈦載體質(zhì)量為基準(zhǔn)，活性組分占載體質(zhì)量的1~30%，助劑占載體質(zhì)量的1~30%。

本發(fā)明提供的所述的無毒中高溫抗堿金屬脫硝催化劑的制備方法，具體步驟如下：

（1）將一定量的鎳鹽、鐵鹽和鈰鹽中的一種或多種溶于一定量的去離子水中，得到相應(yīng)鹽溶液；再加入適量TiO₂，攪拌均勻，然后加入適量氨水，充分?jǐn)嚢瑁恋恚瑢⒊恋砦锔稍铮?/p>

（2）然后將鈮鹽、鉬鹽和鎢鹽中的一種或多種溶于一定量的去離子水中，溶解后得到相應(yīng)鹽溶液；

（3）加入上述干燥的沉淀物，充分?jǐn)嚢瑁?0~100℃條件下蒸干；

（4）收集蒸干產(chǎn)物，并在250~650℃焙燒2~6小時(shí)，得到成品催化劑。