專利名稱：一種以γ-三氧化二鋁為載體的中低溫SCR脫硝催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)中NOx控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型高效以Y-Al2O3為載體的中低溫QOO 350°C )選擇性催化還原(SCR)脫硝催化劑的配方組成及制備方法。
背景技術(shù)：
在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，氮氧化物(NOx)的排放正受到越來越多的關(guān)注，其主要成分是NO 和NO2,其中，NO占90%以上，對自然環(huán)境和人體健康極具破壞作用，會引起諸如光化學(xué)煙霧、酸雨、溫室效應(yīng)和臭氧層空洞效應(yīng)等重大環(huán)境問題，污染嚴(yán)重；NO的毒性很大，與血紅蛋白的親和力是CO的1000多倍，會嚴(yán)重?fù)p害人的眼睛和胃，毒害很大。據(jù)《2008年環(huán)境統(tǒng)計年報》，2008年我國氮氧化物排放量為1624. 5萬噸，排放量居世界前列，嚴(yán)峻的大氣環(huán)境形勢要求進(jìn)一步重視大氣污染的治理工作。目前，世界各國對大氣污染物的排放制定了越來越嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，因此，大氣污染控制技術(shù)必須不斷提高。中低溫條件下NOx的凈化一直是國內(nèi)外大氣污染控制領(lǐng)域的難點。脫除煙氣中NOx 的方法比較受關(guān)注的有濕法和干法。煙氣NOx的濕法脫除技術(shù)即利用液相化學(xué)試劑將煙氣中的NOx吸收并轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的物質(zhì)。濕法技術(shù)的優(yōu)點是易于實現(xiàn)和NOx的同時脫除。 但存在NO的氧化預(yù)處理、易造成水的二次污染、必須進(jìn)行水處理等問題。煙氣NOx的干法脫除技術(shù)具有過程簡單及脫除效率高等特點，因此在國內(nèi)外備受關(guān)注。以NH3為還原劑的NOx的SCR脫硝技術(shù)是目前研究最多、應(yīng)用最廣，也是最有效的煙氣NOx脫除技術(shù)。SCR技術(shù)的關(guān)鍵問題是優(yōu)良的催化劑載體及催化劑活性組分的篩選和組分間的配比。常規(guī)的SCR催化劑的活性一般對溫度要求較高(300 400°C )，而一些燃煤裝置排放的煙氣溫度普遍處于中低溫范圍，但當(dāng)前可在中低溫階段獲得較高SCR脫硝效率的催化劑很少，且存在制備工藝復(fù)雜、成本高、抗水抗硫性差等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是如何簡便、經(jīng)濟(jì)地制備出可用于中低溫的高效 SCR脫硝催化劑，克服上述催化劑的不足，并提供一種新型高效中低溫SCR脫硝催化劑的制備方法。這種催化劑不僅脫硝效率高，而且廉價易得，制備方法簡單，重復(fù)性好，具有較好的抗水抗硫性，便于推廣應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案是—種以γ -三氧化二鋁(Y -Al2O3)為載體的中低溫SCR脫硝催化劑，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成氧化錳 2% 16%，氧化鑭 10%，氧化鐵 10%，其余為載體Y-三氧化二鋁(Y-Al2O3),所述Y-三氧化二鋁(Y-Al2O3)的比表面積為120 200m2/g，總孔容為0. 4 0. 6cm3/g，平均孔徑為8 13nm。優(yōu)選由以下質(zhì)量百分含量的成分組成氧化錳 4% 10%，氧化鑭 2% 6%，氧化鐵 3% 6%，其余為載體Y-三氧化二鋁(Y-Al2O3),所述Y-三氧化二鋁(Y-Al2O3)的比表面積為120 200m2/g，總孔容為0. 4 0. 6cm3/g，平均孔徑為8 13nm。所述Y-三氧化二鋁(Y-Al2O3)優(yōu)選的比表面積為140 180m2/g，總孔容為 0. 4 0. 5cm3/g，平均孔徑為10 13nm。所述γ -三氧化二鋁(、-Al2O3)最優(yōu)選的比表面積為142m2/g，總孔容為0. 43cm3/ g，平均孔徑為12nm。一種制備本發(fā)明的以Y-三氧化二鋁(Y-Al2O3)為載體的中低溫SCR脫硝催化劑的方法，具體步驟為將上述載體Y-Al2O3浸漬于復(fù)合浸漬液中池 15h，然后常溫 (200C -250C )干燥，再于 350°C 600°C煅燒 1 6h ；所述復(fù)合浸漬液由以下質(zhì)量百分含量的成分組成醋酸錳 5% 25%，硝酸鑭 10%，硝酸鐵 5% 25%，其余為水。所述煅燒溫度優(yōu)選為450 V 600 V。所述復(fù)合浸漬液優(yōu)選由以下質(zhì)量百分含量的成分組成醋酸錳 5% 10%，硝酸鑭 2% 6%，硝酸鐵 6% 10%，其余為水。下面對本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋和說明本發(fā)明采用等體積浸漬法制備催化劑，活性組分全部分布在載體表面，用量可減少，利用率高，并且所負(fù)載的量可直接由制備條件計算而得，簡單易行；采用Y-Al2O3載體， 因其具有大比表面積和高孔容，且易于再生等特點，是理想的脫硝催化劑的載體；氧化錳具有較好的低溫活性；鑭元素因其獨特的電子結(jié)構(gòu)而具有很強(qiáng)的電子中轉(zhuǎn)能力，因此氧化鑭具有很高的催化活性；加入氧化鐵可以進(jìn)一步提高催化劑的脫硝活性和抗水抗硫性能。將這三種金屬氧化物以一定配比負(fù)載于Y-Al2O3載體上可有效提升催化劑的低溫脫硝活性及催化劑活性的穩(wěn)定性。配制質(zhì)量百分比為5% 25%醋酸錳、 10%硝酸鑭、5% 25%硝酸鐵的復(fù)合浸漬溶液；通過等體積浸漬法，使醋酸錳、硝酸鑭、硝酸鐵在 Y-Al2O3上充分分散和負(fù)載，干燥后在350 600°C條件下對樣品煅燒1 6h，從而制備出以Y-Al2O3為載體，負(fù)載有2% 16%氧化錳、 10%氧化鑭和 10%氧化鐵的復(fù)合負(fù)載型催化劑，其中氧化錳為催化劑活性組分，氧化鑭和氧化鐵為催化劑助劑組分，三種氧化物的脫硝行為與載體的吸附、傳質(zhì)功能形成協(xié)同作用，改善了催化劑的低溫脫硝性能、 活性穩(wěn)定性及抗水抗硫性。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于1、本發(fā)明具有制備工藝簡單、活性組分的負(fù)載量低、負(fù)載物成本低、便于制備和推廣等特點。2、本發(fā)明的催化劑在中低溫條件下QOO 350°C )具有良好的催化活性；低溫脫硝性能好(達(dá)到85%以上)。3、本發(fā)明的催化劑的性能穩(wěn)定，脫硝效率受煙氣中二氧化硫和水的影響不大(見實施例1和2)。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋和說明，但本發(fā)明可實施的情況并不限于實施例的范圍。實施例1 1、本發(fā)明的以Y -Al2O3為載體的中低溫SCR脫硝催化劑及其制備(1)采用Y-Al2O3作為載體，其特征是Y-Al2O3的比表面積為142m2/g，總孔容為 0. 43cm7g，平均孔徑為12nm。(2)復(fù)合浸漬液的配制方法在水中添加醋酸錳、硝酸鑭、硝酸鐵配制復(fù)合浸漬液，復(fù)合浸漬液由以下質(zhì)量百分含量的成分組成醋酸錳 %,硝酸鑭 4%，硝酸鐵10%，其余為水。(3)活性組分的負(fù)載將載體Y -Al2O3浸漬于步驟(2)配制的復(fù)合浸漬液中3 15h，取出后常溫(20°C )干燥，然后于350 600°C煅燒1 6h，制得本發(fā)明的以Y-Al2O3 為載體的中低溫SCR脫硝催化劑，具體成分的質(zhì)量百分含量如下氧化錳 6%，氧化鑭 3%，氧化鐵 4%，其余為載體Y-Al2O3。2、本發(fā)明的以γ -Al2O3為載體的中低溫SCR脫硝催化劑的應(yīng)用以本發(fā)明催化劑0. 50g為實驗對象，在200 350°C溫度范圍內(nèi)，空速15，000/h, 模擬煙氣成分為IOOOppm N0,NH3/N0 = 1. 1,5% O2，平衡氣為N2，在200°C時其脫硝效率為 86. 6%，在300°C時其脫硝效率為96. 2%0實施例2 制備方法和產(chǎn)品同實施例1，僅改變模擬煙氣成分，應(yīng)用如下以本發(fā)明催化劑0. 50g為實驗對象，在200 350°C溫度范圍內(nèi)，空速15，000/h, 模擬煙氣成分為IOOOppm NO, NH3/N0 = 1. 1,5% 02，400ppm SO2,10% H2O,平衡氣為 N2，在 2000C時其脫硝效率為77. 12 %，在300 V時其脫硝效率為88. 32 %。通常，煙氣中的和 H2O會引起催化劑中毒，從而降低其脫硝效率。由上可見，本發(fā)明的催化劑具有較好的抗SA 和H2O性能，其脫硝效率仍然處于較高水平，高于現(xiàn)有產(chǎn)品在同等條件下的脫硝效率(約70% )。實施例3 1、本發(fā)明的以γ -Al2O3為載體的中低溫SCR脫硝催化劑及其制備(1)采用Y-Al2O3作為載體，其特征是Y-Al2O3的比表面積為142m2/g，總孔容為 0. 43cm7g，平均孔徑為12nm。(2)復(fù)合浸漬液的配制方法在水中添加醋酸錳、硝酸鑭、硝酸鐵配制復(fù)合浸漬液，復(fù)合浸漬液由以下質(zhì)量百分含量的成分組成醋酸錳 5%，硝酸鑭 3%，硝酸鐵 6%，其余為水。(3)活性組分的負(fù)載將載體Y -Al2O3浸漬于步驟(2)配制的復(fù)合浸漬液中3 15h，取出后常溫(20°C )干燥，然后于350 600°C煅燒1 6h，制得本發(fā)明的以Y-Al2O3 為載體的中低溫SCR脫硝催化劑，具體成分的質(zhì)量百分含量如下氧化錳 4%，氧化鑭 2%，氧化鐵 3%，其余為載體Y-Al2O3。2、本發(fā)明的以γ -Al2O3為載體的中低溫SCR脫硝催化劑的應(yīng)用以本發(fā)明催化劑0. 50g為實驗對象，在200 350°C溫度范圍內(nèi)，空速15，000/h, 模擬煙氣成分為IOOOppm N0,NH3/N0 = 1. 1,5% O2，平衡氣為N2，在200°C時其脫硝效率為 85. 3%，在300°C時其脫硝效率為94. 8% ο實施例4 制備方法和產(chǎn)品同實施例2，僅改變模擬煙氣成分，應(yīng)用如下以本發(fā)明催化劑0. 50g為實驗對象，在200 350°C溫度范圍內(nèi)，空速15，000/h, 模擬煙氣成分為IOOOppm NO, NH3/N0 = 1. 1,5% 02，400ppm SO2,10% H2O,平衡氣為 N2，在 200°C時其脫硝效率為76.83%，在3001時其脫硝效率為87. 15%。通常，煙氣中的SO2和 H2O會引起催化劑中毒，從而降低其脫硝效率。由上可見，本發(fā)明的催化劑具有較好的抗
和H2O性能，其脫硝效率仍然處于較高水平，高于現(xiàn)有產(chǎn)品在同等條件下的脫硝效率(約 70% )。
權(quán)利要求
1.一種以Y-三氧化二鋁為載體的中低溫SCR脫硝催化劑，其特征是，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成氧化錳 2% 16%， 氧化鑭 10%，氧化鐵 10%，其余為載體Y-三氧化二鋁，所述Y-三氧化二鋁的比表面積為120 200m2/g，總孔容為0. 4 0. 6cm3/g，平均孔徑為8 13nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述以Y-三氧化二鋁為載體的中低溫SCR脫硝催化劑，其特征是， 由以下質(zhì)量百分含量的成分組成氧化錳 4% 10%， 氧化鑭 2% 6%， 氧化鐵 3% 6%，其余為載體Y-三氧化二鋁，所述Y-三氧化二鋁的比表面積為120 200m2/g，總孔容為0. 4 0. 6cm3/g，平均孔徑為8 13nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述以Y-三氧化二鋁為載體的中低溫SCR脫硝催化劑，其特征是，所述Y -三氧化二鋁的比表面積為140 180m2/g，總孔容為0. 4 0. 5cm7g，平均孔徑為10 13nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述以Y-三氧化二鋁為載體的中低溫SCR脫硝催化劑，其特征是， 所述Y-三氧化二鋁的比表面積為142m2/g，總孔容為0.43cm7g，平均孔徑為12nm。
5.制備權(quán)利要求1-4之一所述以Y-三氧化二鋁為載體的中低溫SCR脫硝催化劑的方法，其特征是，具體步驟為將權(quán)利要求1-4之一所述的載體Y-三氧化二鋁浸漬于復(fù)合浸漬液中3h 15h，然后常溫干燥，再于350°C 600°C煅燒1 6h ；所述復(fù)合浸漬液由以下質(zhì)量百分含量的成分組成醋酸錳 5% 25%，硝酸鑭 10%，硝酸鐵 5% 25%，其余為水。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述煅燒溫度為450°C 600°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述復(fù)合浸漬液由以下質(zhì)量百分含量的成分組成醋酸錳 5% 10%， 硝酸鑭 2% 6%， 硝酸鐵 6% 10%， 其余為水。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)中NOx控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種以γ-三氧化二鋁(γ-Al2O3)為載體的中低溫SCR脫硝催化劑及其制備方法。該催化劑由以下質(zhì)量百分含量的成分組成氧化錳2％～16％，氧化鑭1％～10％，氧化鐵1％～10％，其余為載體γ-Al2O3，制備方法為將γ-Al2O3浸漬于濃度分別為5％～25％、1％～10％、5％～25％的醋酸錳、硝酸鑭、硝酸鐵的復(fù)合浸漬液中，然后干燥，再于350～600℃煅燒1～6h，制得催化劑。本發(fā)明通過負(fù)載多種金屬氧化物，實現(xiàn)活性組分的分散優(yōu)化和組分間催化協(xié)同，制備一種中低溫脫硝催化劑，在200℃時NO轉(zhuǎn)化率＞85％，且具有出較好的抗水抗硫性。本制備方法簡單，易操作，催化劑活性穩(wěn)定、壽命長。
文檔編號B01D53/56GK102527404SQ20111045317
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者張星, 曾光明, 李彩亭, 李珊紅, 趙偉偉, 路培 申請人:湖南大學(xué)