CN107126955A - 一种炭基低温烧结烟气脱硝催化剂及制备方法 - Google Patents

一种炭基低温烧结烟气脱硝催化剂及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种炭基低温烧结烟气脱硝催化剂及制备方法，其特征在于：所述催化剂以改性生物质焦为载体，MnO2为活性组分，CeO2为助催化组分；所述活性组分与助催化组分的负载总量占载体总质量的6％，Mn与Ce的摩尔比为7︰3～1︰1；所述催化剂的原料包括改性生物质焦、质量分数为50％的硝酸锰溶液(Mn(NO3)2)和硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)；本发明中的催化剂生产工艺简单，采用废弃生物质制备炭基载体材料，有效的利用了农业废弃生物质资源，大大降低了催化剂生产成本，且产品的后续处理不会造成环保压力，实现环境友好。

Description

一种炭基低温烧结烟气脱硝催化剂及制备方法
技术领域
本发明涉及大气环境保护领域，特别涉及一种炭基低温烧结烟气脱硝催化剂及制备方法。
背景技术
随着我国工业化进程的快速发展，大气污染问题日益严重。NOx是主要的大气污染物之一，能够引起酸雨和光化学烟雾等，严重制约着我国经济发展和人居健康。钢铁行业既是资源消耗大户，也是废气排放大户，其排放的NOx约占全国排放量的8％，年排放总量约为100万吨，其中烧结工序产生的NOx约占钢铁行业烟气排放总量的50％以上。烧结烟气脱硝技术尚不成熟，脱硝成本高，效率低。因此，如何高效、低成本的控制烧结工序NOx排放，成为当前的一个重要课题。
目前火电厂烟气脱硝常采用SCR技术，V2O5-WO3/TiO2为常见商用 SCR催化剂，其在350℃左右NOx脱除效率高，但在低温条件下脱硝活性明显下降，而烧结烟气温度通常在200℃以下，传统商用催化剂无法适用。为此，人们对低温脱硝催化剂技术不断研究，以寻求高效的低温SCR脱硝催化剂。
现有技术中包括一种炭基材料低温脱硝催化剂及其制备方法，公开了一种低温炭基材料催化剂及其制备方法，该催化剂以活性炭和活性炭纤维为载体，以钒、钨和铈为催化剂活性组分，采用浸渍法制备。经过浸渍、烘干和煅烧制得催化剂，工艺简单，在80～220℃内具有良好的脱硝活性，脱硝效率维持在85％以上，脱硝效果较好。但该催化剂以活性炭和活性炭纤维为载体，成本较高，无法大规模应用于烧结机烟气脱硝。
现有技术中还有用于低温条件下的烟气脱硝催化剂及其制备方法，具体是一种低温条件下应用的脱硝催化剂及其制备方法，该催化剂以TiO2掺杂Al2O3、SiO2或ZrO2中一种或多种为载体，以玻璃纤维为骨架，以钒复合钨、钼、铈、锰、铌或磷中一种或多种为活性组分复合而成，在150～300℃内脱硝效率可达85％以上，且抗硫抗水能力较强。但该催化剂组分及制备工艺复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，公开了一种炭基低温烧结烟气脱硝催化剂及制备方法。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种炭基低温烧结烟气脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂以改性生物质焦为载体，MnO2为活性组分，CeO2为助催化组分；
所述活性组分与助催化组分的负载总量占载体总质量的6％，Mn 与Ce的摩尔比为7︰3～1︰1；
所述催化剂的原料包括改性生物质焦、质量分数为50％的硝酸锰溶液(Mn(NO3)2)和硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)；
使用上述原料进行以下步骤：
1)称取生物质，并用清水洗涤去除表面杂质；
2)烘干步骤1)中的生物质，并将烘干后的生物质放入马弗炉中进行高温加热，同时向炉内通入氮气，得到生物质焦；
所述烘干温度为100～130℃，烘干时间为2～4小时；
所述加热温度为700～850℃，加热时间为2～4小时；
3)将步骤2)中得到的生物质焦置于浓度为20％的硝酸溶液中，浸泡16～24小时后，使用清水清洗生物质焦至pH值为7；
所述生物质焦与硝酸溶液的质量体积比(g︰mL)范围为1:3～1 ︰2；
4)将步骤3)中得到的水洗后的生物质焦烘干后，进行粉碎、过筛，得到10～20目的改性生物质焦；
所述烘干温度为100～130℃，烘干时间为烘干2～4小时；
5)将原料中的硝酸锰溶液和硝酸铈按照Mn与Ce的摩尔比，配制成总质量浓度为20％的混合溶液；
并将步骤4)得到的改性生物质焦置于混合溶液中进行浸泡，8～ 12小时后，将盛放混合液和生物质焦的容器放入水浴锅内恒温加热；所述水浴温度为80℃水浴，直至水分完全蒸干；
6)将步骤5)中得到的处理后生物质焦进行烘干后，转移入马弗炉中进行煅烧，得到改性生物质焦SCR脱硝催化剂；
所述烘干温度为100～130℃，烘干时间为2～4小时；
所述煅烧温度为200～400℃，煅烧时间为4小时。
进一步，所述步骤1)中的生物质包括花生壳、稻壳、农作物秸秆、椰壳或松木屑。
一种通过权利要求1～2任一项所述的制备方法所获得的炭基低温烧结烟气脱硝催化剂
本发明的效果是毋庸置疑的，本发明具有以下优点：
1)根据本发明制备催化剂，对模拟烧结烟气条件下进行NO脱除试验，温度范围为100～200℃，试验结果表明，NO的有效脱除率均大于60％。
2)本发明中的催化剂生产工艺简单，采用废弃生物质制备炭基载体材料，有效的利用了农业废弃生物质资源，大大降低了催化剂生产成本。
3)本发明采用二氧化锰作为活性组分，二氧化铈为助催化组分，为无毒催化剂，产品的后续处理不会造成环保压力，实现环境友好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
一种炭基低温烧结烟气脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂以改性生物质焦为载体，MnO2为活性组分，CeO2为助催化组分；
所述活性组分与助催化组分的负载总量占载体总质量的6％，Mn 与Ce的摩尔比为5︰5；
所述催化剂的原料包括改性生物质焦、质量分数为50％的硝酸锰溶液(Mn(NO3)2)和硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)；
使用上述原料进行以下步骤：
1)称取松木屑，并用清水洗涤去除表面杂质；
2)烘干步骤1)中的松木屑，并将烘干后的生物质放入马弗炉中进行高温加热，同时向炉内通入氮气，得到松木焦；
所述烘干温度为110℃，烘干时间为2小时；
所述加热温度为750℃，加热时间为4小时；
3)将步骤2)中得到的松木焦置于浓度为20％的硝酸溶液中，浸泡24小时后，使用清水清洗生物质焦至pH值为7；
所述生物质焦与硝酸溶液的质量体积比(g︰mL)范围为1︰2；
4)将步骤3)中得到的水洗后的松木焦烘干后，进行粉碎、过筛，得到10～20目的改性生物质焦；
所述烘干温度为110℃，烘干时间为烘干2小时；
5)将原料中的硝酸锰溶液和硝酸铈按照Mn与Ce的摩尔比，配制成总质量浓度为20％的混合溶液；
并将步骤4)得到的改性松木焦置于混合溶液中进行浸泡，10 小时后，将盛放混合液和生物质焦的容器放入水浴锅内恒温加热；所述水浴温度为80℃水浴，直至水分完全蒸干；
6)将步骤5)中得到的处理后生物质焦进行烘干后，转移入马弗炉中进行煅烧，得到改性生物质焦SCR脱硝催化剂；
所述烘干温度为110℃，烘干时间为2小时；
所述煅烧温度为250℃，煅烧时间为4小时。
将本实施例中制得的催化剂进行性能测试：
取本实施例制备的改性生物质焦催化剂1g，置于固定床反应器中，实验条件为500ppm NO、500ppm NH3、11vol％氧气，N2为平衡气，烟气总流量500mL/min，实验结果见表1。
表1
实施例2：
一种炭基低温烧结烟气脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂以改性生物质焦为载体，MnO2为活性组分，CeO2为助催化组分；
所述活性组分与助催化组分的负载总量占载体总质量的6％，Mn 与Ce的摩尔比为6︰4；
所述催化剂的原料包括改性生物质焦、质量分数为50％的硝酸锰溶液(Mn(NO3)2)和硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)；
使用上述原料进行以下步骤：
1)称取稻壳，并用清水洗涤去除表面杂质；
2)烘干步骤1)中的稻壳，并将烘干后的稻壳放入马弗炉中进行高温加热，同时向炉内通入氮气，得到稻壳焦；
所述烘干温度为110℃，烘干时间为2小时；
所述加热温度为750℃，加热时间为4小时；
3)将步骤2)中得到的稻壳焦置于浓度为20％的硝酸溶液中，浸泡24小时后，使用清水清洗稻壳焦至pH值为7；
所述稻壳焦与硝酸溶液的质量体积比(g︰mL)范围为1︰2；
4)将步骤3)中得到的水洗后的稻壳焦烘干后，进行粉碎、过筛，得到10～20目的改性稻壳焦；
所述烘干温度为110℃，烘干时间为烘干2小时；
5)将原料中的硝酸锰溶液和硝酸铈按照Mn与Ce的摩尔比，配制成总质量浓度为20％的混合溶液；
并将步骤4)得到的改性稻壳焦置于混合溶液中进行浸泡，10 小时后，将盛放混合液和生物质焦的容器放入水浴锅内恒温加热；所述水浴温度为80℃水浴，直至水分完全蒸干；
6)将步骤5)中得到的处理后稻壳焦进行烘干后，转移入马弗炉中进行煅烧，得到改性稻壳焦SCR脱硝催化剂；
所述烘干温度为110℃，烘干时间为2小时；
所述煅烧温度为250℃，煅烧时间为4小时。
将本实施例中制得的催化剂进行性能测试：
取本实施例制备的改性生物质焦催化剂1g，置于固定床反应器中，实验条件为500ppm NO、500ppm NH3、11vol％氧气，N2为平衡气，烟气总流量500mL/min，实验结果见表2。
表2
实施例3：
一种炭基低温烧结烟气脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂以改性生物质焦为载体，MnO2为活性组分，CeO2为助催化组分；
所述活性组分与助催化组分的负载总量占载体总质量的6％，Mn 与Ce的摩尔比为7︰3；
所述催化剂的原料包括改性生物质焦、质量分数为50％的硝酸锰溶液(Mn(NO3)2)和硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)；
使用上述原料进行以下步骤：
1)称取花生壳，并用清水洗涤去除表面杂质；
2)烘干步骤1)中的花生壳，并将烘干后的花生壳放入马弗炉中进行高温加热，同时向炉内通入氮气，得到花生壳焦；
所述烘干温度为110℃，烘干时间为2小时；
所述加热温度为750℃，加热时间为4小时；
3)将步骤2)中得到的花生壳焦置于浓度为20％的硝酸溶液中，浸泡24小时后，使用清水清洗花生壳焦至pH值为7；
所述花生壳焦与硝酸溶液的质量体积比(g︰mL)范围为1︰2；
4)将步骤3)中得到的水洗后的花生壳焦烘干后，进行粉碎、过筛，得到10～20目的改性花生壳焦；
所述烘干温度为110℃，烘干时间为烘干2小时；
5)将原料中的硝酸锰溶液和硝酸铈按照Mn与Ce的摩尔比，配制成总质量浓度为20％的混合溶液；
并将步骤4)得到的改性花生壳焦置于混合溶液中进行浸泡，10 小时后，将盛放混合液和生物质焦的容器放入水浴锅内恒温加热；所述水浴温度为80℃水浴，直至水分完全蒸干；
6)将步骤5)中得到的处理后花生壳焦进行烘干后，转移入马弗炉中进行煅烧，得到改性花生壳焦SCR脱硝催化剂；
所述烘干温度为110℃，烘干时间为2小时；
所述煅烧温度为250℃，煅烧时间为4小时。
将本实施例中制得的催化剂进行性能测试：
取本实施例制备的改性生物质焦催化剂1g，置于固定床反应器中，实验条件为500ppm NO、500ppm NH3、11vol％氧气，N2为平衡气，烟气总流量500mL/min，实验结果见表3。
表3
由表1～3可知，根据本发明制备的改性生物质焦脱硝催化剂在100～200℃脱硝效率均较高，在150℃时，脱硝率达到90％以上，并且本发明制备的催化剂具有极高的脱硝效率。

Claims (3)

1.一种炭基低温烧结烟气脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：所述催化剂以改性生物质焦为载体，MnO2为活性组分，CeO2为助催化组分；
所述活性组分与助催化组分的负载总量占载体总质量的6％，Mn与Ce的摩尔比为7︰3～1︰1；
所述催化剂的原料包括改性生物质焦、质量分数为50％的硝酸锰溶液(Mn(NO3)2)和硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)；
使用上述原料进行以下步骤：
1)称取生物质，并用清水洗涤去除表面杂质；
2)烘干步骤1)中的生物质，并将烘干后的生物质放入马弗炉中进行高温加热，同时向炉内通入氮气，得到生物质焦；
所述烘干温度为100～130℃，烘干时间为2～4小时；
所述加热温度为700～850℃，加热时间为2～4小时；
3)将步骤2)中得到的生物质焦置于浓度为20％的硝酸溶液中，浸泡16～24小时后，使用清水清洗生物质焦至pH值为7；
所述生物质焦与硝酸溶液的质量体积比(g︰mL)范围为1:3～1︰2；
4)将步骤3)中得到的水洗后的生物质焦烘干后，进行粉碎、过筛，得到10～20目的改性生物质焦；
所述烘干温度为100～130℃，烘干时间为烘干2～4小时；
5)将原料中的硝酸锰溶液和硝酸铈按照Mn与Ce的摩尔比，配制成总质量浓度为20％的混合溶液；
并将步骤4)得到的改性生物质焦置于混合溶液中进行浸泡，8～12小时后，将盛放混合液和生物质焦的容器放入水浴锅内恒温加热；所述水浴温度为80℃水浴，直至水分完全蒸干；
6)将步骤5)中得到的处理后生物质焦进行烘干后，转移入马弗炉中进行煅烧，得到改性生物质焦SCR脱硝催化剂；
所述烘干温度为100～130℃，烘干时间为2～4小时；
所述煅烧温度为200～400℃，煅烧时间为4小时。
2.根据权利要求1所述的一种炭基低温烧结烟气脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中的生物质包括花生壳、稻壳、农作物秸秆、椰壳或松木屑。
3.一种通过权利要求1～2任一项所述的制备方法所获得的炭基低温烧结烟气脱硝催化剂。
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