一種脫硝催化劑及其制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于催化劑領(lǐng)域，具體涉及一種脫硝催化劑及其制備方法和用途。
【背景技術(shù)】
[0002]我國的火電發(fā)電廠目前以燃煤為主，燃煤排放的N0X在大氣中形成的酸雨及光化學(xué)煙霧對環(huán)境及人體會造成嚴(yán)重的破壞因而控制并消除煙氣中的N0X成為一項(xiàng)迫切的要求。
[0003]SCR是目前最成熟的煙氣脫硝技術(shù)，它是一種爐后脫硝方法。在SCR中使用的催化劑大多以打02為載體，以V 205或V 205-胃03或V 205-Mo03為活性成分，制成蜂窩式、板式或波紋式三種類型。板式催化劑以不銹鋼金屬板壓成的金屬網(wǎng)為基材，將Ti02、V205等的混合物黏附在不銹鋼網(wǎng)上，經(jīng)過壓制、鍛燒后，將催化劑板組裝成催化劑模塊。蜂窩式催化劑一般為均質(zhì)催化劑。將T i 02、V205、W03等混合物通過一種陶瓷擠出設(shè)備，制成截面為150_ X 150_，長度不等的催化劑元件，然后組裝成為截面約為2m2或者lm2的標(biāo)準(zhǔn)模塊。波紋板式催化劑的制造工藝一般以用玻璃纖維加強(qiáng)的1102為基材，將W0 3、V205等活性成份浸漬到催化劑的表面，以達(dá)到提高催化劑活性、降低302氧化率的目的。這系列催化劑存在載體材料價(jià)格昂貴、催化劑層在長期使用中容易剝離、脫落，從而堵塞反應(yīng)通道的問題。而在灰分條件多變的環(huán)境下，其防堵和防磨損性能是保證SCR設(shè)備長期安全和穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。
[0004]為了解決這些問題，已有使用高分子材料來替換1102載體材料的研究，例如陸正陽的《V205/ACF選擇性催化還原低溫催化劑去除N0及其機(jī)理研究》一文中采用聚丙烯腈(PAN) 一基活性炭纖維為催化劑載體，但該系列的研究還是采用比較常見的將主體催化劑浸漬到載體中的方法，長期使用過程中還是會出現(xiàn)主體材料從載體材料脫落下來的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種價(jià)格便宜，既能解決實(shí)際應(yīng)用中使用1102作為催化劑載體時(shí)在使用中容易坍塌，造成脫硝反應(yīng)不能進(jìn)行。同時(shí)也解決目前催化劑組分與載體僅通過物理混合，有毒的V205粉末在長期使用過程中容易脫落，污染環(huán)境的問題的脫硝催化劑。
[0006]本發(fā)明脫硝催化劑，為負(fù)載型催化劑，由聚丙烯腈原液、V205和W0 3制備而成；其中V205與聚丙稀腈原液的質(zhì)量體積比為1?5g/100mL，W0 3與聚丙稀腈原液的質(zhì)量體積比為5 ?10g/100mLo
[0007]上述所述脫硝催化劑，由以下步驟制備而成:
[0008]a、將聚丙烯腈原液和V205、W03混勻，得到混合溶液；
[0009]b、將a步驟中得到的混合溶液噴成5?30 μ m的絲，固化成型，得到聚丙烯腈纖維絲;
[0010]C、將聚丙烯腈纖維絲編織成厚度為1?5cm，孔隙率為40?70%的氈；
[0011 ] d、將氈放入濃度為5?10 %的ΚΜη04溶液中，在80?90 °C下浸泡2?5min ；
[0012]e、將d步驟浸泡后的氈在馬弗爐里，在200?400°C下焙燒100?200min，完成后冷卻至室溫，即得。
[0013]上述所述脫硝催化劑，a步驟中混合均勻可以采用在300?500轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下攪拌8?12min，再用頻率為5?20KHZ的超聲波超聲5?15min。
[0014]進(jìn)一步的，作為更優(yōu)選的技術(shù)方案，上述所述脫硝催化劑，a步驟中混合均勻優(yōu)選在300?400轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下攪拌lOmin。
[0015]上述所述脫硝催化劑，其中e步驟中在200?400°C下焙燒100?200min，分為溫度在200?250°C下焙燒60?lOOmin ;溫度升至250?300°C，焙燒40?60min ;溫度升至300 ?400°C，焙燒 10 ?30min。
[0016]上述所述脫硝催化劑，在200?250°C下焙燒60?lOOmin，還需要每隔20min敞開爐門lmin，反復(fù)此操作；溫度升至250?300°C，焙燒40?60min，還需要每隔20min敞開爐門lmin，反復(fù)此操作。
[0017]產(chǎn)品最終是:作為催化劑主要成分的V205和輔助成分的W0 3按照大概1:5?1:2的比例，二者總重量與聚丙烯腈氈為3:50?3:20均勻分布其中，其中在制備過程中，V205和W03價(jià)態(tài)不變，只是其V、W、0會在超聲階段和焙燒階段與聚丙烯腈中的N、0等形成配位鍵，確保在反應(yīng)中不剝離、脫落。產(chǎn)品中V205為主催化劑，W03起輔助作用，為抗氧化、抗毒化輔助成份，聚丙烯腈氈為載體。
[0018]本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供一種使用價(jià)格便宜的聚丙烯腈作為催化劑的載體，具有催化效應(yīng)的V205結(jié)合到聚丙烯腈載體中脫硝催化劑的制備方法。
[0019]上述所述脫硝催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0020]a、按照上述所述聚丙稀腈原液、￥205和胃03的質(zhì)量體積比，將聚丙稀腈原液和V205、評03混合均勻，得到混合溶液；
[0021]b、將a步驟中得到的混合溶液噴成5?30 μπι的絲，固化成型，得到聚丙烯腈纖維絲;
[0022]c、將聚丙烯腈纖維絲編織成厚度為1?5cm，孔隙率為40?70%的氈；
[0023]d、將氈放入濃度為5?10%的ΚΜη04溶液中，在80?90°C下浸泡2?5min ；
[0024]e、將d步驟浸泡后的氈在馬弗爐里，在200?400°C下焙燒100?200min，完成后冷卻至室溫，即得。
[0025]上述所述脫硝催化劑的制備方法，V205與聚丙烯腈原液的質(zhì)量體積比為1?5g/100mL,胃03與聚丙稀腈原液的質(zhì)量體積比為5?10g/100mL。
[0026]上述所述脫硝催化劑的制備方法，a步驟中混合均勻可以采用在300?500轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下攪拌8?12min，再用頻率為5?20KHZ的超聲波超聲5?15min。
[0027]進(jìn)一步的，作為更優(yōu)選的技術(shù)方案，上述所述脫硝催化劑的制備方法，a步驟中混合均勾優(yōu)選在300?400轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下攪拌lOmin。
[0028]本發(fā)明用ΚΜη04對多孔氈進(jìn)行處理，能夠促進(jìn)氈的原絲氧化、環(huán)化；纖維在穩(wěn)定化過程中放熱緩和，避免了絲條的溫度驟升和局部蓄熱過多，保證了纖維的質(zhì)量。而且氧元素隨高錳酸根離子擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部，有利于預(yù)氧化的充分進(jìn)行，能有效避免鞘芯結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，從而得到結(jié)構(gòu)均一的碳纖維。
[0029]上述所述脫硝催化劑的制備方法，其中e步驟中在200?400°C下焙燒100?200min，分為溫度在200?250 °C下焙燒60?lOOmin ;溫度升至250?300 °C，焙燒40?60min ;溫度升至300?400°C，焙燒10?30min。
[0030]上述所述脫硝催化劑的制備方法，在200?250°C下焙燒60?lOOmin，還需要每隔20min敞開爐門lmin，反復(fù)此操作；溫度升至250?300°C，焙燒40?60min，還需要每隔20min敞開爐門lmin，反復(fù)此操作。
[0031]該過程為聚丙烯腈氈的預(yù)氧化過程，即在該過程中聚丙烯腈的碳氮三鍵會在空氣范圍中逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樘佳蹑I，并形成環(huán)。碳氧鍵可以與加入的V205和W0 3形成一些化學(xué)鍵，確保在后期使用中不剝離、脫落，分段、分溫度對聚丙烯腈氈進(jìn)行預(yù)氧化，是因?yàn)樵?00?250°C左右，發(fā)生分子內(nèi)的環(huán)化，在溫度為250?300°C，發(fā)生分子間環(huán)化，在這兩個(gè)過程中會生成有還原性的產(chǎn)物，敞開爐門為了充分接觸氧，確保V205不被還原。同時(shí)，分溫度段進(jìn)行預(yù)氧化，是因?yàn)槿绻A(yù)氧化溫度升溫太高、太快，因其本身是非常劇烈的的反應(yīng)，聚丙烯腈的纖維會熔化、粘接、斷裂。
[0032]本發(fā)明所要解決的第三個(gè)技術(shù)問題是提供一種脫硝催化劑用于廢氣處理，尤其是含氮廢氣中的用途。
[0033]上述所述脫硝催化劑在廢氣處理中的用途，其中在使用時(shí)根據(jù)需要平放進(jìn)廢氣處理裝置中，其厚度和氈間距離根據(jù)實(shí)際需要直接用增加或減少氈的層數(shù)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0034]本發(fā)明制備的聚丙烯腈負(fù)載V205-W03催化劑的租，不但可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)氈的厚度和氈間距離，還能在除去含氮廢氣后，在一定溫度下焙燒除去聚丙烯腈載體，得到V205-W03催化劑，實(shí)現(xiàn)再回收和再利用。
[0035]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0036]1.載體材料價(jià)格便宜，其可以作為骨架材料，不用再使用不銹鋼、玻璃纖維等額外的材料，可有效節(jié)約費(fèi)用；
[0037]2.將V205-W(M^料加入到聚丙烯腈原液中，在進(jìn)行超聲波處理時(shí)，不但可以使固液二者材料混合更均勻，還可以使V205-W03*的氧與聚丙烯腈中的腈基結(jié)合成化學(xué)鍵，確保后期使用中粉體材料不易剝離、脫落；
[0038]3.成型后的聚丙烯腈(PAN)氈，在焙燒過程中會形成許多活性鍵，這些鍵在脫硝過程中可輔助除去^^^廢氣；
[0039]4.使用完后的催化劑處理方便，只需要在500°C以上的溫度進(jìn)行焙燒，PAN氈便可以除去，僅剩下VA-WOjg合材料，其回收、保存都較方便，可以解決目前對失效后的催化劑進(jìn)行長期堆放時(shí)，會對人體和環(huán)境造成極大危害的問題。
【具體實(shí)施方式】
[0040]本發(fā)明脫硝催化劑，為負(fù)載型催化劑，由聚丙烯腈原液、V205和W0 3制備而成；其中V205與聚丙稀腈原液的質(zhì)量體積比為1?5g/100mL，W0 3與聚丙稀腈原液的質(zhì)量體積比為5 ?10g/100mLo
[0041 ] 上述所述脫硝催化劑，由以下步驟制備而成:
[0042]a、將聚丙烯腈原液和V205、胃03混勻，得到混合溶液；
[0043]b、將a步驟中得到的混合溶液噴成5?30 μ m的絲，固化成型，得到聚丙烯腈纖維絲；
[0044]c、將聚丙烯腈纖維絲編織成厚度為1?5cm，孔隙率為40?70%的氈；
[0045]d、將氈放入濃度為5?10 %的ΚΜη04溶液中，在80?90 °C下浸泡2?5min ；
[0046]e、將d步驟浸泡后的氈在馬弗爐里，在200?400°C下焙燒100?200min，完成后冷卻至室溫，即得。
[0047]上述所述脫硝催化劑，a步驟中混合均勻可以采用在300?500轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下攪拌8?12min，再用頻率為5?20KHZ的超聲