一種scr脫硝催化劑及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于催化劑的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種脫硝催化劑，特別涉及一種SCR脫硝催 化劑及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國自2004年7月公布并實(shí)施《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》以來，國家對(duì)火電 廠氮氧化物排放要求有了大幅度的提高。"升級(jí)"后的強(qiáng)制性國家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)將成為 控制火力發(fā)電廠大氣污染物排放、改善我國空氣質(zhì)量和控制酸雨污染的推動(dòng)力。但是從總 體來說，隨著我國城市化的發(fā)展和城市人口的急劇增加以及工業(yè)的迅速發(fā)展，我國城市的 大氣污染仍十分嚴(yán)重，大氣環(huán)境符合國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的城市還不到總量的1%，其中62%的 城市大氣中的氮氧化物（NOx)、二氧化硫全年日平均濃度超過了 3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（100mg/m3)。根 據(jù)世界衛(wèi)生組織對(duì)60個(gè)國家10~15年的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，在全球污染最嚴(yán)重的10個(gè)城市中，我 國就占了 8個(gè)，而且，我國城市大氣中N0X、SO2和總懸浮微粒的濃度也是世界上最高的。目 前，利用選擇性催化還原（SCR)技術(shù)將煙氣中的氮氧化物脫除的方法是當(dāng)前世界上脫氮工 藝的主流，而催化劑是整個(gè)SCR系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵。
[0003] 從根本上說，利用氨氣還原SCR技術(shù)中，催化劑起著決定性的作用。近年 來，商用SCR催化劑主要是以WO3為催化助劑的V 205/Ti02，但只有在一個(gè)較高的轉(zhuǎn)換溫度 (350°C~400°C)下才展現(xiàn)出高催化活性[1]。盡管釩系催化劑在發(fā)電廠和柴油燃機(jī)領(lǐng)域已 經(jīng)實(shí)現(xiàn)了廣泛的商業(yè)化，但是依然存在一些問題，因?yàn)樵诟邷叵耂O2容易被氧化為SO 3，這就 導(dǎo)致了當(dāng)溫度高于550°C時(shí)，催化劑的催化活性和選擇性迅速降低，同時(shí)釩系催化劑的毒性 對(duì)環(huán)境也是有害的[2_4]。此外，該種催化劑的操作溫度一般為350°C~400°C的，在該操作溫 度下其NOJ^除率一般為80%左右。因此，無論是學(xué)術(shù)界還是工業(yè)上的研宄人員們致力于 開發(fā)一種新型的催化劑，以此來更加有效的在較寬溫度區(qū)間內(nèi)去除NOx，同時(shí)也可以適應(yīng)柴 油燃機(jī)的尾氣脫硝裝置。本發(fā)明針對(duì)提高催化劑的操作溫度區(qū)間，及加強(qiáng)NOJ兌除率，制備 了一種新型的脫硝催化劑，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0004] 參考文獻(xiàn)為：
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種SCR脫硝催化 劑。所制備的催化劑活性尚，氣氧化合物的脫除率尚。
[0010] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述SCR脫硝催化劑的制備方法。
[0011] 本發(fā)明的再一目的在于提供上述SCR脫硝催化劑的應(yīng)用。
[0012] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0013] 一種SCR脫硝催化劑，由以下按質(zhì)量份數(shù)計(jì)的組分組成：
[0014]
[0015] 所述碳納米材料為石墨烯（型號(hào)：TNPRGO,中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司）、 石墨烯中空球、碳納米管（TNST，中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司）中的一種以上。
[0016] 所述石墨稀中空球通過以下制備方法制備得到：
[0017] (a)前驅(qū)體氧化石墨烯的制備：(a-ι)稱取2g石墨粉和2g硝酸鈉放入反應(yīng)器中， 然后在冰水浴和攪拌條件下加入IlOmL濃硫酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98% )，繼續(xù)攪拌15min ;分批 加入12g高錳酸鉀，反應(yīng)30min，撤去冰浴，在室溫下繼續(xù)攪拌48h，此時(shí)反應(yīng)物變成深褐色 的粘稠溶液；再加入184mL蒸餾水繼續(xù)反應(yīng)15min，得到混合液；
[0018] (a-2)向混合液中加入560mL溫水和40mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的雙氧水，靜置溶液， 再依次用6wt % H2SO4Zlwt % H2O2的水溶液、40wt %的HCl和去離子水離心洗絳，得到暗黃色 粘稠液，透析，最后配置成氧化石墨烯溶液備用或者通過噴霧干燥（真空干燥）的方式干燥 成粉末收集備用；
[0019] (b)石墨烯中空球的制備：(b-Ι)配置溶液A和溶液B，溶液A的組成是9mL，28% 的氨水、16. 25mL的乙醇和24. 75mL的水；溶液B的組成為4. 5mL的正硅酸乙酯（TEOS)和 45. 5mL的乙醇；
[0020] (b-2)在磁力攪拌下，將溶液B快速加入溶液A中，混合均勻，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2h，離 心，依次用乙醇、水洗滌，分散到水中為白色乳液；
[0021] (b-3)將步驟（a)中氧化石墨分散，得到氧化石墨烯水溶液；將氧化石墨烯水溶液 與白色乳液混合，超聲分散3h，冰凍成冰，放入冷凍干燥機(jī)中干燥，干燥的溫度是45°C，得 到黃色粉末；將黃色粉末放入管式爐中，在800°C條件下熱處理（熱處理的時(shí)間為4h)得到 黑色均勻粉末；
[0022] (b-4)將黑色粉末溶解于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氫氧化鈉溶液中，攪拌反應(yīng)4h，過濾， 用水清洗，干燥，得到黑色蓬松粉末，即石墨烯中空球粉末。
[0023] 所述成型助劑為聚丙烯酰胺（PAM，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，彡99. 9% )。
[0024] 所述SCR脫硝催化劑的制備方法為將鎢酸銨、偏釩酸銨、碳納米材料、成型助劑以 及二氧化鈦混合，形成含有催化活性組分的復(fù)合漿料，通過擠壓，干燥焙燒后得到SCR脫硝 蜂窩催化劑。
[0025] 所述SCR脫硝催化劑的制備方法，具體包括以下步驟：
[0026] (1)將二氧化鈦、成型助劑及碳納米材料粉料混合均勻，經(jīng)氣體粉碎后制備成為粒 度分布在5~IOum的混合粉體；
[0027] (2)將混合粉體加入適量去離子水和草酸釩、偏鎢酸銨，調(diào)節(jié)PH，混合攪拌，得到 復(fù)合漿料；
[0028] (3)將復(fù)合料漿放于擠壓機(jī)內(nèi)擠壓出蜂窩狀的擠壓單體，并將擠壓單體在100~ 120°C下干燥4~8小時(shí)，然后置于馬弗爐中以2°C /min的速率升溫至450~500°C，保留 4~6小時(shí)再自然降溫，得到SCR脫硝催化劑，所述催化劑的脫硝效率為90~97. 2%。
[0029] 步驟（1)中所述氣體粉碎的條件為氣源為氮?dú)狻?br>[0030] 步驟⑵中所述pH為8~9,所述調(diào)節(jié)pH的物質(zhì)為氨水。
[0031] 步驟⑵中所述混合攪拌的時(shí)間為1~3h ;所述攪拌的轉(zhuǎn)速為300~400r/min ;
[0032] 去離子水與二氧化鈦的質(zhì)量比為（200~250) : (2500~2800)。
[0033] 所述SCR脫硝催化劑應(yīng)用于煙氣脫硝領(lǐng)域。
[0034] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0035] (1)本發(fā)明將涂層制備及活性組分負(fù)載一步完成，制備方法簡單；
[0036] ⑵所制備出的催化劑活性高，％轉(zhuǎn)化率高，脫硝效率為90~97. 2% ;
[0037] (3)本發(fā)明采用了控制粉體粒徑的方法，可使料漿具有性質(zhì)穩(wěn)定及結(jié)合牢固的優(yōu) 點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不 限于此，對(duì)于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。
[0039] 實(shí)施例1
[0040] 將2500g銳鈦型二氧化鈦、90g聚丙烯酰胺、20g石墨烯粉末混合后，經(jīng)氣