CN101108304A

CN101108304A - 一种吸波催化剂的制备及其在净化烟气中的应用

Info

Publication number: CN101108304A
Application number: CNA2007100438868A
Authority: CN
Inventors: 徐云龙; 吕冬琴; 马新胜; 杨景辉
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2008-01-23

Abstract

本发明公开了一种含五氧化二钒，二氧化钛和活性炭的吸波催化剂以及利用此催化剂在微波辐射下净化烟气的方法。该催化剂主要由强吸波性能的活性炭基底、高比表面积的二氧化钛载体和具有强氧化性能的五氧化二钒活性组分所组成。鉴于微波对化学反应有强的辅助催化效应，通过微波诱导耦合催化，实现了对烟气中二氧化硫和氮氧化物显著的净化效果，其脱硫脱硝率分别达到90％和85％以上。该催化剂制备工艺简单，吸波性能好，使用寿命长，在微波场下具有很好的催化脱硫脱硝活性。

Description

一种吸波催化剂的制备及其在净化烟气中的应用

技术领域

本发明属于烟气处理领域，具体说是涉及一种烟气脱硫脱硝催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

燃煤锅炉和火力发电厂排放的烟气中含有二氧化硫、氮氧化物和粉尘等多种有害成份，对我国的自然资源、生态***、材料、可见度和公众健康构成了严重的威胁，同时也影响社会经济发展和人民群众的正常生活，控制SO₂、NO排放已经成为我国相当长时期的重要任务之一。因此，烟气净化新技术与新工艺的开发成为近年来环境污染控制与治理的研究热点。烟气同时脱硫(SO₂)脱硝(NO)技术因有效避免设备重复配置，运行费用低，操作简单，等特点，被认为是一项很有应用前景的烟气净化技术。

在众多烟气脱硝技术中，氨法选择性催化还原脱硝(SCR)应用最广，如工业催化剂V₂O₅/TiO₂，但此催化剂存在的问题是必须在较高的温度下操作，以避免由于烟气中的SO₂与还原剂NH₃反应生成硫酸氨盐阻塞孔道而导致催化剂失活。目前，还有许多同时脱硫脱硝的方法处于研发之中，如电子束辐射、脉冲电晕技术，然而由于耗电量大，能源利用率低，运行成本高，不适合大规模应用。因此，除继续寻找新型催化剂来净化烟气外，还可采用新的催化技术来提高催化剂的活性。

微波加热是自内而外的体加热，与常规加热方式相比，微波加热有如下优点：加热均匀，高效快速，选择性强，便于控制，无二次污染等。

近年来，国内外对微波催化净化技术的研究报道也逐年增加。微波加热用于烟气同时脱硫脱硝在中国专利(CN1736558A和CN1824371A)中已有报道，微波加热不仅提高反应速率，还可以降低反应温度。微波辅助催化脱硫脱硝较常规只使用催化剂相比，能有效提高催化剂的活性；与电子束辐照法相比，具有设备投资少，能量利用率高，***运行稳定，维护费用低等优点。因此，在烟气脱硫脱硝领域有很大的发展潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微波催化净化烟气的新型催化剂的制备方法及其应用。

本发明是鉴于微波对化学反应有强的辅助催化效应，通过微波诱导耦合催化，实现了对烟气中二氧化硫和氮氧化物显著的净化效果。催化原理是在微波场中高损耗吸波催化剂表面产生局部热点，温度高于催化剂和基底的整体温度，从而在局部热点能高效催化净化烟气。

本发明的一种净化烟气脱硫脱硝催化剂，以具有吸波性能的活性炭为基底，以五氧化二钒为活性组分，同时以具有高比表面积的二氧化钛为载体，其特征在于该催化剂以具有吸波性能的活性炭为基底，以五氧化二钒为活性组分，同时以具有高比表面积的二氧化钛为载体组成。

在上述催化剂中，其特征在于活性炭、二氧化钛和五氧化二钒重量比为10∶1∶0.1～20∶1∶0.02。

在上述催化剂中，其特征在于包括如下步骤：先将活性炭活化，粉碎成10～20目的颗粒后，再分别称取一定量的偏钒酸铵和草酸(草酸与偏钒酸铵的摩尔比为2∶1)，置90℃水浴中搅拌均匀，待其充分反应后，将TiO₂载体加入该溶液不停地搅拌，之后得到具有一定粘度的溶胶，利用旋转镀膜法将溶胶涂覆在活性炭基底上可以得到湿凝胶膜，涂层在经过自然干燥10～20h，最后经氩气保护下400～600℃范围内煅烧4～5 h就可以形成该发明的催化剂。

在上述催化剂中，其特征在于：在活性炭基底涂覆二氧化钛和五氧化二钒的次数为1～5，煅烧温度为400～800℃。

在上述催化剂中，其特征在于该催化剂能用于烟气的单一脱硫、脱硝和同时脱硫脱硝。

另外，本发明是利用微波的辅助催化剂作用，通过与催化剂的催化性能耦合，实现微波条件下净化烟气，其特征在于所用的催化剂为上述本发明的烟气净化催化剂。

该类催化剂制备工艺简单，吸波性能好，使用寿命长，在微波加热下具有优良的催化性能。同时微波加热设备体积小，占地面积少，且烟气净化装置投资费用也少，在工业生产中容易实现。

附图说明

图1为催化剂评价装置图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是本实施例只用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。

实施例1

催化剂的制备方法：活性炭先用去离子水充分清洗以去除杂质及不洁颗粒，再用去离子水充分煮沸12h，最后在烘箱中120℃烘干10h，敲碎，筛分出10～20目的颗粒。

分别称取一定量的偏钒酸铵和草酸(草酸与偏钒酸铵的摩尔比为2∶1)，置90℃水浴中搅拌均匀，待其充分反应后，将TiO₂载体加入该溶液不停地搅拌，之后得到具有一定粘度的溶胶，利用旋转镀膜法将溶胶涂覆在活性炭基底上可以得到湿凝胶膜，涂层在经过自然干燥24h，再经过氩气保护下450℃范围内煅烧5h就可以形成该发明的催化剂。

实施例2

将实施例1中制备的催化剂置于特殊设计的固定床反应器中。常压常温下通入模拟烟气同时进行微波(微波输出功率为230W)加热，实验所用的模拟烟气组分为：SO₂ 600ppm，NO 300ppm，O₂所占体积为6％，H₂O为0～10％，N₂为平衡气，空速为6000h^-1时，SO₂转化率达92％，NO转化率达85％。

实施例3

将实施例1中制备的催化剂A置于特殊设计的固定床反应器中，常压常温下通入模拟烟气同时进行微波(微波输出功率为380W)加热，实验所用的模拟烟气组分为：SO₂ 600ppm，NO 300ppm，O₂所占体积为6％，H₂O所占体积为0～10％，N₂为平衡气，空速为6000h^-1时，SO₂转化率达85％，NO转化率达80％。

实施例4

将实施例1中制备的催化剂A置于特殊设计的固定床反应器中，常压常温下通入模拟烟气同时进行微波(微波输出功率为230W)加热，模拟烟气组分为：SO₂ 600ppm，NO 300ppm，O₂所占体积为6％，H₂O所占体积为0～10％，N₂为平衡气，空速为6000h^-1时，SO₂和NO的转化率见表1。

表1微波与常规加热条件下催化剂活性的比较

加热方式	SO₂转化率(％)	NO转化率(％)
加热方式	SO₂转化率(％)	NO转化率(％)	微波常规	91.4563.56	85.7252.93

实施例5

将实施例1中制备的催化剂A置于特殊设计的固定床反应器中，常压常温下通入模拟烟气同时进行微波(微波输出功率为230W)加热，实验所用的模拟烟气组分为：SO₂ 600ppm，NO 300ppm，O₂所占体积为6％，H₂O所占体积为0～10％，N₂为平衡气，空速为6000h^-1时，负载的五氧化二钒含量对SO₂和NO的转化率的影响见表2。

表2负载的五氧化二钒含量对催化剂活性影响

负载量	1	2	4	6	8
负载量	1	2	4	6	8	NO转化率(％)SO₂转化率(％)	55.461.6	60.576.7	75.983.3	85.690.9	78.187.2

Claims

1.一种烟气净化催化剂，其特征在于该催化剂以具有吸波性能的活性炭为基底，以五氧化二钒为活性组分，同时以具有高比表面积的二氧化钛为载体组成。

2.按照权利要求1所述的烟气净化催化剂，其特征在于活性炭、二氧化钛和五氧化二钒重量比为10∶1∶0.1～20∶1∶0.02。

3.按照权利要求1所述的烟气净化催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：先将活性炭活化，粉碎成10～20目的颗粒后，再分别称取一定量的偏钒酸铵和草酸(草酸与偏钒酸铵的摩尔比为2∶1)，置于90℃水浴中搅拌均匀，待其充分反应后，将TiO2载体加入该溶液不停地搅拌，之后得到具有一定粘度的溶胶，利用旋转镀膜法将溶胶涂覆在活性炭基底上可以得到湿凝胶膜，涂层经自然干燥10～20，最后再经氩气保护下400～600℃范围内煅烧4～5h就可以形成该发明的催化剂。

4.按照权利要求1所述的烟气净化催化剂，其特征在于活性炭基底涂覆二氧化钛和五氧化二钒的次数为1～5，煅烧温度为400～800℃。

5.按照权利要求1所述的烟气净化催化剂，其特征在于该催化剂能用于烟气的单一脱硫、脱硝和同时脱硫脱硝。

6.一种烟气同时脱硫脱硝的方法，是利用微波的辅助催化作用，通过与催化剂的催化性能偶合，实现微波条件下净化烟气，其特征在于所用的催化剂为权利要求1～5所述的催化剂。

7.按照权利要求6所述的净化烟气的方法，其特征在于所用的微波功率为100～700W。