CN108993529A - 一种利用电气石改善工业窑炉低温脱硝催化材料催化活性的方法 - Google Patents

一种利用电气石改善工业窑炉低温脱硝催化材料催化活性的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用电气石改善工业窑炉低温脱硝催化材料催化活性的方法属于环境材料、环境催化及环境保护领域。本发明以硫酸法生产钛白过程中产生的废弃物酸解残渣为原料，采用共沉淀法制备脱硝催化材料，通过掺杂电气石对其进行改性，提高催化活性。所述催化材料的制备原料采用硫酸法生产钛白过程中产生的废弃物酸解残渣、天然非金属矿物电气石等，实现了废物资源化利用；制备的脱硝催化材料成本低，工艺简单，流程短，适于工业化生产；低温脱硝活性高，200℃～300℃范围内可达95％以上。本发明对非金属矿物电气石进行有效利用，保护环境，同时带来巨大社会效益。

Description

一种利用电气石改善工业窑炉低温脱硝催化材料催化活性的 方法
技术领域
本发明属于环境催化材料及环境保护领域，具体为一种利用电气石改善工业窑炉低温脱硝催化材料催化活性的方法。
背景技术
氮氧化物是光化学烟雾、大气酸沉降以及城市雾霾等一系列环境问题的根源所在，脱除NOx刻不容缓。工业窑炉是NOx的主要排放源，SCR脱硝技术是减排NOx的主要技术之一，实施效果与反应温度及烟气工况环境等条件关系密切。由于工业上余热利用会导致排烟温度降低到200℃以下，传统的催化材料已不能满足要求，近年来锰钛体系低温SCR脱硝催化材料逐渐成为目前的研究重点，进一步提升其催化活性是目前需要解决的问题。
电气石是非金属矿物电气石族的总称，化学成分较复杂，是以含硼为特征的铝、铁、镁、锂环状结构硅酸盐矿物，具有天然电极性、热电性、压电性、释放负离子性能等。电气石因其自发的永久电极性而产生很强的吸附电子的能力，将电气石与TiO2复合，利用电气石的极化特性改善TiO2活性，在光催化领域已得到人们的广泛关注。电气石的掺杂可以有效抑制TiO2催化过程中光生电子和空穴的复合，同时改变Ti—O—Ti键的对称性及锐钛矿TiO2的表面结构，从而形成更多表面晶格缺陷，提升催化效果。
我国是电气石的主要矿产资源地之一，电气石资源较为丰富，储量在数千万吨以上，但国内电气石的开发应用尚处于起步阶段。而目前围绕电气石的研究主要是在光催化领域的应用，将电气石应用于热致脱硝催化领域的研究几乎没有，若能将电气石有效利用，同时又很好地改善低温脱硝催化材料的催化活性，将会带来巨大的社会效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用电气石改善工业窑炉低温脱硝催化材料催化活性的方法。
一种利用电气石改善工业窑炉低温脱硝催化材料催化活性的方法，其特征在于：将硫酸法生产钛白过程中产生的废弃物酸解残渣，钛硅总质量占酸解残渣的比40％为以上，与乙酸锰混合，渣锰质量比为1：1～1.5，加入水中，固液质量比为1:6～8，搅拌15～45min形成均匀的悬浊液，加入不同含量电气石，电气石加入量是钛硅总质量的5％～20％；搅拌1～2h得到混合溶液；向上述混合溶液中加入氨水调pH为8～11、滴加双氧水后悬浊液颜色开始变化，并产生气体，滴至悬浊液颜色不再发生变化，搅拌15～45min后离心分离出底部沉淀，水洗，醇洗；75～105℃干燥10～15h；300～400℃焙烧2～4h制得催化材料粉末。
电气石选择铁电气石，镁电气石、锂电气石中的一种。
本发明的脱硝率测试是以NH3为还原气体，模拟烟气组成为：1000ppm的NO，1000ppm的NH3，5％的O2混合，N2为平衡气，气体流速2000ml/min，反应空速为27000h-1。
首先将催化材料造粒，取粒度在50目～100目之间的颗粒进行测试，量取2ml，SCR脱硝反应在200℃～300℃温度条件下进行，本发明制备的催化材料的脱硝效率最高可达97％。
进一步，电气石可选择铁电气石，镁电气石、锂电气石中的一种。
进一步，所述步骤中电气石加入量：(Ti+Si)总质量＝5％～20％。
本发明不仅改善了低温脱硝催化材料的催化活性，还有效地利用了非金属矿物电气石，保护环境，改善后的低温脱硝催化材料更带来巨大的社会效益。
具体实施方式
实施例一：
将10g酸解残渣(Ti+Si总质量5.62g)和12.56g乙酸锰加入150g水中，搅拌30min；加入0.28g铁电气石，搅拌2h；加入质量百分含量25％的氨水40g，至pH＝8，搅拌30min；再加入质量百分含量30％的双氧水，悬浊液颜色开始变化，并产生气体，滴加37g后悬浊液颜色不再发生变化，搅拌30min；离心分离出底部沉淀，水洗，醇洗；75℃干燥15h；300℃焙烧2h制得催化材料粉末。
脱硝率测试：模拟烟气成分1000ppm的NO，1000ppm的NH3，5％的O2，N2为载气，气体流速2000ml/min，反应空速为27000h-1。在200℃～300℃的温度范围内脱硝率可达90％以上。
实施例二：
将10g酸解残渣(Ti+Si总质量5.62g)和12.56g乙酸锰加入150g水中，搅拌30min；加入0.56g镁电气石，搅拌2h；加入质量百分含量25％的氨水50g，至pH＝9，搅拌40min；再加入质量百分含量30％的双氧水，悬浊液颜色开始变化，并产生气体，滴加37.5g后悬浊液颜色不再发生变化，搅拌30min；离心分离出底部沉淀，水洗，醇洗；95℃干燥12h；400℃焙烧2h制得催化材料粉末。
脱硝率测试：模拟烟气成分1000ppm的NO，1000ppm的NH3，5％的O2，N2为载气，气体流速2000ml/min，反应空速为27000h-1。在200℃～300℃的温度范围内脱硝率可达90％以上。
实施例三：
将10g酸解残渣(Ti+Si总质量5.62g)和12.56g乙酸锰加入150g水中，搅拌30min；加入1.12g锂电气石，搅拌2h；加入质量百分含量25％的氨水60g，至pH＝10，搅拌40min；再加入质量百分含量30％的双氧水，悬浊液颜色开始变化，并产生气体，滴加40g后悬浊液颜色不再发生变化，搅拌40min；离心分离出底部沉淀，水洗，醇洗；105℃干燥10h；300℃焙烧3h制得催化材料粉末。
脱硝率测试：模拟烟气成分1000ppm的NO，1000ppm的NH3，5％的O2，N2为载气，气体流速2000ml/min，反应空速为27000h-1。在200℃～300℃的温度范围内脱硝率可达96％以上。
实施例四：
将20g酸解残渣(Ti+Si总质量11.24g)和25.12g乙酸锰加入300g水中，磁力搅拌30min；加入0.56g铁电气石，磁力搅拌2h；加入质量百分含量25％的氨水120g，至pH＝12，磁力搅拌40min；再加入质量百分含量30％的双氧水，悬浊液颜色开始变化，并产生气体，滴加80g后悬浊液颜色不再发生变化，磁力搅拌30min；离心分离出底部沉淀，水洗，醇洗；75℃干燥15h；300℃焙烧3h制得催化材料粉末。
脱硝率测试：模拟烟气成分1000ppm的NO，1000ppm的NH3，5％的O2，N2为载气，气体流速2000ml/min，反应空速为27000h-1。在200℃～300℃的温度范围内脱硝率可达96％以上。
实施例五：
将20g酸解残渣(Ti+Si总质量11.24g)和25.12g乙酸锰加入300g水中，磁力搅拌30min；加入1.12g镁电气石，磁力搅拌2h；加入质量百分含量25％的氨水100g，至pH＝10，磁力搅拌40min；再加入质量百分含量30％的双氧水，悬浊液颜色开始变化，并产生气体，滴加75g后悬浊液颜色不再发生变化，磁力搅拌30min；离心分离出底部沉淀，水洗，醇洗；75℃干燥10h；300℃焙烧4h制得催化材料粉末。
脱硝率测试：模拟烟气成分1000ppm的NO，1000ppm的NH3，5％的O2，N2为载气，气体流速2000ml/min，反应空速为27000h-1。在200℃～300℃的温度范围内脱硝率可达92％以上。
实施例六：
将20g酸解残渣(Ti+Si总质量11.24g)和25.12g乙酸锰加入300g水中，磁力搅拌30min；加入2.24g锂电气石，磁力搅拌2h；加入质量百分含量25％的氨水100g，至pH＝10，磁力搅拌30min；再加入质量百分含量30％的双氧水，悬浊液颜色开始变化，并产生气体，滴加75g后悬浊液颜色不再发生变化，磁力搅拌30min；离心分离出底部沉淀，水洗，醇洗；75℃干燥12h；400℃焙烧2h制得催化材料粉末。
脱硝率测试：模拟烟气成分1000ppm的NO，1000ppm的NH3，5％的O2，N2为载气，气体流速2000ml/min，反应空速为27000h-1。在200℃～300℃的温度范围内脱硝率可达92％以上。

Claims (2)

1.一种利用电气石改善工业窑炉低温脱硝催化材料催化活性的方法，其特征在于：将硫酸法生产钛白过程中产生的废弃物酸解残渣，钛硅总质量占酸解残渣的比40％为以上，与乙酸锰混合，渣锰质量比为1：1～1.5，加入水中，固液质量比为1:6～8，搅拌15～45min形成均匀的悬浊液，加入不同含量电气石，电气石加入量是钛硅总质量的5％～20％；搅拌1～2h得到混合溶液；向上述混合溶液中加入氨水调pH为8～11、滴加双氧水后悬浊液颜色开始变化，并产生气体，滴至悬浊液颜色不再发生变化，搅拌15～45min后离心分离出底部沉淀，水洗，醇洗；75～105℃干燥10～15h；300～400℃焙烧2～4h制得催化材料粉末。
2.根据权利要求1所述的一种利用电气石改善工业窑炉低温脱硝催化材料催化活性的方法，其特征在于：电气石选择铁电气石，镁电气石、锂电气石中的一种。
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