[發明專利]氟接枝錳負載多孔炭基催化材料及其制備方法以及其在低溫抗水脫硝中的應用

有效

• 申請號: 201910094265.5
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN109772374B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 江霞;白時兵;劉向陽;姚程;王旭;蔣文舉;汪華林
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B01J27/06
• 分類號: B01J27/06;B01J37/02;B01J37/26;B01D53/86;B01D53/56
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 梁鑫

本發明公開了一種氟接枝錳負載多孔炭基催化材料及其制備方法以及其在低溫抗水脫硝中的應用，屬于環境保護、多孔炭材料技術領域。本發明提供一種低成本、高抗水性、高活性低溫脫硝氟化碳催化劑，其含有C：30％～75％，O：1％～15％，F：20％～55％，Mn：0.01％～5％。本發明引入具有對氟化反應高效催化的Mn元素，使氟接枝過程可在室溫或低溫中進行，并制得F含量20％～55％的氟接枝多孔炭基催化材料，其具有高疏水、高耐磨、高抗蝕等特點，可應用于低溫選擇性催化還原脫硝(SCR)，脫硝率可達100％，解決了目前SCR催化劑因抗水性差而導致脫硝效率低的缺陷。

技術領域

本發明屬于環境保護、多孔炭材料技術領域，具體涉及一種氟接枝錳負載多孔炭基催化材料及其制備方法和應用。

背景技術

2017年，我國能源消費量占全球的23.2％，能源消費增長量占全球的33.6％，居全球首位。在我國能源消費結構中，煤炭占比高達60.4％，煤炭消費會產生大量有害氣體，尤其是氮氧化物，2017年，我國氮氧化物全年排放總量仍高達1326萬噸，引發光化學煙霧、灰霾、臭氧污染等諸多環境問題，嚴重影響生態和環境。NOx被認為是大氣中首要污染物之一，有效地控制NOx的排放在治理大氣污染中占據著尤為重要的位置。

氮氧化物控制技術主要有低氮燃燒技術和煙氣脫硝技術。目前，低氮燃燒技術遠達不到現有排放標準，煙氣脫硝是普遍采用的氮氧化物控制方法。煙氣脫硝技術包括選擇性非催化還原(SNCR)和選擇性催化還原(SCR)。其中，SCR是目前有效控制NOx排放的主流脫硝技術之一。根據脫硝反應器在整個煙氣凈化系統中布置的位置可以將其分為三種：(1)HD-SCR(high dust SCR)：此類工藝將反應器布置于省煤器之后，空氣預熱器和除塵器之前。這種布置方式的優勢在于進入反應器的煙氣溫度高達300～500℃，符合釩鈦催化劑(V₂O₅/TiO₂)的活性溫度需求。但是該工藝的缺點是，由于催化劑處于高塵煙氣中，所以極易中毒失活，限制了其工業應用。(2)LD-SCR(low dust SCR)：該工藝是將脫硝反應器布置于除塵器之后，脫硫塔之前。這一工藝的優點在于減少了粉塵對催化劑的磨損和毒害作用，但是缺點是此時煙氣溫度已經低于釩鈦催化劑的活性需求以及煙氣中二氧化硫仍然會使催化劑中毒。(3)TE-SCR(tail end SCR)：該工藝將反應器置于整個凈化系統的末端，優點是大大減少粉塵和二氧化硫對催化劑的毒害作用，缺點是煙氣溫度過低(80～150℃)，無法達到一般商用催化劑如傳統釩系催化劑的反應活性溫度需求(350～450℃)。因此，開發低溫脫硝催化劑對SCR技術推廣具有重要意義。

目前，國內外對低溫SCR催化劑的研究多集中在過渡金屬如Mn、Ce、Fe、Cu等，其中錳氧化物由于豐富的變價、價格低廉、優良的催化性能受到了學者尤其多的關注。將錳氧化物負載到載體上可以提高活性組分的分散度、增大比表面積，進而提高催化劑的活性。多孔炭材料比表面積巨大、表面官能團豐富，其酸性官能團可吸附NH₃，堿性官能團可吸附NO_x，非常適宜于作為SCR催化劑的載體，且與分子篩、TiO₂等相比，多孔炭材料表面物理化學性質容易調控，可實現低溫煙氣脫硝(80～150℃)。

但大多數工業煙氣中一般含有水蒸氣，約為5～20％。如：石化行業催化裂解爐煙氣中水蒸氣含量為10％左右；鋼鐵行業燒結機煙氣中水蒸氣含量為5～15％；水泥行業水泥窯廢氣中水蒸氣含量為20％左右。錳氧化物雖然具備優良的催化性能，但其活性也易受H₂O作用的影響。當使用多孔炭基催化材料脫硝時，由于多孔炭材料的親水性很強，H₂O與反應物(NO或者NH₃)在催化劑上有競爭吸附，H₂O更容易被吸附并占據活性點位，H₂O對NO_x和NH₃之間催化反應的抑制作用，造成多孔炭基催化劑中毒失活。所以，當煙氣中有水蒸氣時，多孔炭基催化劑脫硝效率急劇下降，嚴重限制了其大規模工業應用。