CN106423148A - 一种锆掺杂铈锰氧化物催化剂及制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锆掺杂铈锰氧化物催化剂及制备和应用，催化剂是通过共沉淀法得到xZr‑Ce‑Mn三元复合氧化物，其中x代表锆占铈锰总摩尔数的百分比，2.5≤x≤10，其具体步骤如下：称取一定量的锰盐，铈盐和锆盐溶解于200毫升去离子水中，室温下边搅拌边滴加碳酸铵水溶液，继续搅拌1‑3小时后过滤，将所得固体放入60‑80℃烘箱中干燥12小时，然后在400‑600℃马弗炉中焙烧3‑5小时，得到锆掺杂铈锰催化剂，其中铈与锰的摩尔比为1:1。将其用于一氧化氮的催化氧化，150℃下最高转化率即可达到99%以上，并且制备催化剂的原料易得，工艺简单，成本较低，易实现工业化生产。

Description

一种锆掺杂铈锰氧化物催化剂及制备和应用
技术领域
本发明涉及一种锆掺杂铈锰氧化物催化剂及制备，适用于环境污染物一氧化氮的选择性催化还原，在环境净化领域具有应用前景。
背景技术
煤炭是当今世界主要能源之一，随着社会进步、经济发展，煤的开发利用严重污染了自然环境，大气污染物中的NOx，90%以上源于煤、石油、天然气等燃料的燃烧，而其中70%来自于煤的燃烧，对中国而言，煤炭一直是主要的一次能源，在今后较长的时间内，其在我国一次能源构成的主导地位不会改变。电力工业又是我国的燃煤大户，随着经济稳定迅猛发展，电力工业也将快速发展，必然导致NOx的排放量越来越大。因此，控制燃煤电厂大气污染物中NOx的排放是一项艰巨的任务。
SCR技术是目前最好的可以用于固定源NOx治理的脱硝技术，脱硝率可高达90%以上，但是商业的钒基催化剂工作温度较高，为避免重复加热烟气，需将SCR反应器布置于除尘、脱硫设备之前，由此产生了诸多问题，如受粉尘冲蚀，二氧化硫毒化，碱金属中毒等，严重影响催化剂的使用寿命，并且钒基催化剂中V2O5是一种有毒物质。相比之下，在装置尾部增加脱硝反应器即能很大程度上减轻以上问题，提高经济性。因此开发一种低温条件下具有较高脱硝效率，是目前SCR工艺研究的重点和热点。
在诸多的催化剂活性物种中，MnOx的研究最多，由于其种类较多，电子在不用MnOx之间的转移很迅速，而且MnOx有多种不同的表面活性氧用于完成催化循环，从而在很大程度上提高了低温催化效率。CeO2具有优异的储放氧能力，能提高SCR催化剂的催化活性，但是CeO2的比表面积较小，其氧化还原能力较弱，而Zr能改善催化剂的比表面积，同时Zr***CeO2晶格中能提高晶格氧的流动性，从而提高催化剂的氧化还原能力，基于以上分析，有理由相信，Zr-Ce-Mn三元复合氧化物催化剂在低温SCR脱硝***中能有较好的效果。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种锆掺杂铈锰氧化物催化剂的制备方法，是通过共沉淀法得到xZr-Ce-Mn三元复合氧化物，其中x代表锆占铈锰总摩尔数的百分比，2.5≤x≤10，其具体步骤如下：
称取一定量的锰盐，铈盐和锆盐溶解于200毫升去离子水中，室温下边搅拌边滴加碳酸铵水溶液，继续搅拌1-3小时后过滤，将所得固体放入60-80℃烘箱中干燥12小时，然后在400-600℃马弗炉中焙烧3-5小时，得到锆掺杂铈锰催化剂，其中铈与锰的摩尔比为1:1 。
所述的锰盐为硝酸锰，醋酸锰中的一种，所述的铈盐为硝酸铈，硝酸铈铵中的一种，所述的锆盐为硝酸锆，硝酸氧锆中的一种。
所述的碳酸铵溶液浓度为1.9-2.2摩尔/升
一种锆掺杂铈锰复合氧化物催化剂，在一氧化氮选择性催化还原反应中的应用，其特征在于具体反应条件如下：反应温度20-300℃，气体总流量500 mL/min，反应气组成为100-500 ppm一氧化氮，100-500ppm氨气，3-10%氧气，其余为氮气。
本发明Zr-Ce-Mn三元复合氧化物催化剂中，MnOx由于其种类较多，电子在不用MnOx之间的转移很迅速，而且MnOx有多种不同的表面活性氧用于完成催化循环，从而在很大程度上提高了低温催化效率。CeO2具有优异的储放氧能力，能提高SCR催化剂的催化活性，但是CeO2的比表面积较小，其氧化还原能力较弱，而Zr能改善催化剂的比表面积，同时Zr***CeO2晶格中能提高晶格氧的流动性，从而提高催化剂的氧化还原能力。并且本发明制备催化剂的原料易得，工艺简单，成本较低，易实现工业化生产。将其用于一氧化氮的催化氧化，150℃下最高转化率即可达到99%以上。
具体实施方式
下面结合具体实施例进行详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1
称取8.95克50%硝酸锰溶液，10.85克硝酸铈和0.54克硝酸锆溶解于200毫升去离子水中，室温下边搅拌边滴加40毫升1.95摩尔/升碳酸铵水溶液，继续搅拌2小时后过滤，将所得固体放入70℃烘箱中干燥12小时，然后在500℃马弗炉中焙烧4小时，得到锆掺杂铈锰催化剂2.5Zr-Ce-Mn。
实施例2
与实施例1相比较， 不同的是硝酸锆的质量为1.07克，碳酸铵的浓度为2.02摩尔/升，其他物料用量和操作条件与实施例1相同，得到锆掺杂铈锰催化剂5.0Zr-Ce-Mn。
实施例3
与实施例1相比较， 不同的是硝酸锆的质量为1.61克，碳酸铵的浓度为2.1摩尔/升，其他物料用量和操作条件与实施例1相同，得到7.5Zr-Ce-Mn。
实施例4
与实施例1相比较， 不同的是硝酸锆的质量为2.15克，碳酸铵的浓度为2.2摩尔、升其他物料用量和操作条件与实施例1相同，得到10Zr-Ce-Mn。
测试例
各取新鲜制得的催化剂分别装在石英反应管中。测试温度从20-300℃，在100-300℃之间，每隔25℃取一个测试点，在每个测试点各保持10分钟。一氧化氮的转化率见表1。
表1催化剂脱硝率数据

Claims (5)

1.一种锆掺杂铈锰氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，该催化剂是通过共沉淀法得到xZr-Ce-Mn三元复合氧化物，其中x代表锆占铈锰总摩尔数的百分比，2.5≤x≤10，其具体步骤如下：
称取一定量的锰盐，铈盐和锆盐溶解于200毫升去离子水中，室温下边搅拌边滴加碳酸铵水溶液，继续搅拌1-3小时后过滤，将所得固体放入60-80℃烘箱中干燥12小时，然后在400-600℃马弗炉中焙烧3-5小时，得到锆掺杂铈锰催化剂，其中铈与锰的摩尔比为1:1 。
2.根据权利要求1所述的一种锆掺杂铈锰氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述的锰盐为硝酸锰，醋酸锰中的一种，所述的铈盐为硝酸铈，硝酸铈铵中的一种，所述的锆盐为硝酸锆，硝酸氧锆中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种锆掺杂铈锰氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述的碳酸铵溶液浓度为1.9-2.2摩尔/升。
4.一种由权利要求1-3任意一项所述方法制备得到的锆掺杂铈锰氧化物催化剂。
5.由权利要求4所述锆掺杂铈锰氧化物催化剂在一氧化氮选择性催化还原反应中的应用，其特征在于具体反应条件如下：反应温度20-300℃，气体总流量500 mL/min，反应气组成为100-500 ppm一氧化氮，100-500 ppm氨气，3-10%氧气，其余为氮气。
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