一种SCR纳米膜脱硝催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种SCR纳米膜脱硝催化剂及其制备方法和应用，以工业级能改变流体形态的普通陶瓷为纳米膜催化剂的载体，以纳米粒子为辅助载体，以V2O5与PdO、MnO2、NiO中的至少一种组配而成的混合物为活性组分，以CeO2为催化活性成分、WO3为助剂。载体清洗、干燥后放入装有乙二胺的回流装置中进行表面修饰；辅助载体制备成溶液后，将修饰后的载体放入溶液中提拉成膜；成膜载体置于真空干燥箱内完成载体与纳米粒子的化学键连接，之后置于CeO2和WO3混合液中提拉成膜，最后干燥即得催化剂。该催化剂用于去除各类燃烧器产生的氮氧化物，可以使气流经过催化剂时产生湍流、旋流、错流现象，通过改变气流的流体形态，提高了催化剂表面的利用率，从而提高催化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种SCR纳米膜脱硝催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种脱硝催化剂，具体涉及一种SCR纳米膜脱硝催化剂及其制备方法和应用，属于气态污染物净化

技术介绍
目前去除燃烧器尾气氮氧化物的主要方法有选择性非催化还原法(SNCR)和选择性催化还原法(SCR)。SCR法由于其脱硝效率高、稳定性好等优点被广泛使用。SCR法属于气、固表面化学反应范畴，所使用的催化剂种类繁多，但蜂窝式SCR脱硝催化剂使用最为普遍，约占脱硝催化剂用量的75％。蜂窝式脱硝催化剂的缺陷是：1)根据流体特征，通过流体通道中心点的流速最快、越接近通道壁流速越慢。气流在经过催化剂的气流通道内产生直流，导致催化剂表面活性成分利用率低和催化效率低；2)为了满足脱硝指标要求，脱硝装置的体积需要加大，增加了用户的成本投入；3)由于是用催化剂原料整体压制成型，导致催化剂制造成本高；4)催化剂中的重金属用量大，导致报废催化剂处理难。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种SCR纳米膜脱硝催化剂的制备方法。本专利技术的目的之二是提供一种按照上述制备方法而得的SCR纳米膜脱硝催化剂。本专利技术的目的之三是提供所述催化剂的应用。本专利技术的目的之四是提供所述催化剂在所述的应用时，在脱硝反应器中的使用方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种SCR纳米膜脱硝催化剂的制备方法，以工业级能改变流体形态的普通陶瓷为纳米膜催化剂的载体，以纳米粒子为辅助载体，以V2O5与PdO、MnO2、NiO中的至少一种组配而成的混合物为活性组分，以CeO2为催化活性成分，以WO3为助剂；包括以下步骤：(1)、载体清洗、干燥：所述的载体用自来水清洗，去除尘埃；然后用发烟硫酸或质量分数为40％氢氟酸清洗一次，去除有机物，增加表面的亲水基；再用质量分数为3％的氢氧化钠溶液中和载体表面残留的酸；然后用自来水清洗3次，去除表面残留的碱液；再用蒸馏水清洗3次后，用去离子水进行清洗2～5次；在150℃、10Pa条件下真空干燥5小时。(2)载体表面修饰：将步骤(1)中干燥后的载体放入回流反应装置中，加入乙二胺，乙二胺用量以使载体完全浸入在乙二胺液面以下为宜，常压加热到120～130℃，回流4～8小时；加热回流的目的是，载体表面的羟基或氧化物与乙二胺进行化学反应，在载体表面形成具有活性基团的胺基；通过对陶瓷表面与水的润湿性、润湿角等方法进行判断反应进度，反应结束后，将产物转移到真空干燥箱内，用氮气对真空干燥箱内的空气进行置换，氮气用量为真空干燥箱内胆容积的5-10倍，用真空泵对干燥箱进行抽真空，达到10Pa真空度后，升温到150℃，保持0.5-2小时，目的是出去载体表面残留的乙二胺、氮气保护的目的是防止载体表面胺基发生氧化反应，即完成载体的表面修饰。陶瓷表面形成胺基的化学反应原理如下：由于辅助载体为金属氧化物纳米粒子，金属氧化物表面的氧基与修饰后的陶瓷表面胺基发生化学反应的化学原理如下(M为金属元素)：MO+H2N--陶瓷=MN--陶瓷+H2O。所述的回流反应装置(如图1所示)为“玻璃有机合成制备仪”，为普通市售仪器，磁力搅拌器(1)是带有加热功能的，乙二胺和载体放入反应器(3)中，反应器外部为甲基硅油(2)；反应器内置一氮气管(4)，氮气管与外部的氮气钢瓶相连；球形冷凝管(5)与气体导管(6)相连，气体导管末端置于废气吸收容器(8)中，废气吸收容器内装有3-5％的盐酸(7)；球形冷凝管具有冷凝水入口(9)和冷凝水出口(10)。磁力搅拌器将乙二胺加热到沸点以上，乙二胺的蒸汽进入球形冷凝管内，；由于冷却水的温度(室温)低于乙二胺沸点，乙二胺气体冷却为液体，从冷凝管底部流回到反应器内，这个过程通称为回流。(3)辅助载体处理：将所述的辅助载体与分散剂470均混，逐渐加入二氧六环精细研磨成膏状，之后在工业级超声波清洗器进行超声分散，超声波的频率为80Hz、功率为3.6KW、分散时间为60分钟，得到含有辅助载体的二氧六环溶液；所述的分散470为聚氧乙烯，辅助载体与聚氧乙烯的重量比为100～150:1；所述的辅助载体与二氧六环的重量比为1:10～15。(4)将步骤(2)中被乙二胺修饰后的载体浸入步骤(3)中含有辅助载体的二氧六环溶液中，提拉成膜。(5)将步骤(4)获得的成膜的载体置于真空干燥箱内，先用氮气对真空干燥箱进行3-5次置换，然后向干燥箱内充入氮气，充入氮气用量为内胆容积10-20倍；然后用真空泵对真空干燥箱进行抽真空，使真空度达到10Pa，在恒压10Pa条件下，先升温到50℃，恒温30分钟，再升温到100℃，恒温60分钟；干燥结束后，自然冷却到室温、缓慢打开真空烘干箱的进气阀，使真空干燥箱内的压强恢复常压后，将其取出放入马福炉内；首先对马福炉内的空气用氮气进行置换，以15升/分钟的流速向马福炉内充入氮气，氮气用量为马福炉容积的20-40倍，保持5min；然后加热到250℃，整个加热过程中，始终保持氮气流速为0.5-1升/分钟，恒温20分钟；再加热到450℃，整个加热过程中，始终保持氮气流速为0.5-1升/分钟，恒温120分钟；自燃降温到室温，在降温过程中氮气流速始终保持0.5-1升/分钟，完成载体与纳米粒子的化学键连接过程。(6)将CeO2和WO3混合后，加入去离子水进行溶解制备成浓度为5％(W/W)混合液，将步骤(5)得的产物浸泡到CeO2和WO3混合液中，缓慢提拉成膜，然后在100℃下干燥30分钟，重复此过程3次，目的是在步骤(5)得的产物表面涂的活性物质更均匀；然后置于马福炉内，以8～10℃/min的速度升温至450℃，恒温4小时；即完成纳米膜催化剂的制备。上述技术方案中，以催化剂的载体质量计，辅助载体的负载质量分数为50％～94.4％，活性组分的负载质量分数为4.5～35％，CeO2的负载质量分数为0.1～5％，WO3的负载质量分数为1～10％；所述的活性组分，V2O5与PdO、MnO2、NiO中的至少一种按负载质量分数为2～15％：2.5～20％的比例进行组配。上述技术方案中，所述的陶瓷载体为工业级普通陶瓷拉西环、陶瓷鲍尔环、陶瓷氧化铝瓷球、陶瓷波纹板中的任意一种。上述技术方案中，所述的辅助载体为TiO2纳米粒子，或TiO2纳米粒子与Fe3O4纳米粒子按重量比为50～95:10～30组配而成的混合物，TiO2纳米粒子和Fe3O4纳米粒子可以提供毛细孔、增加比表面积。上述技术方案中，所述的TiO2纳米粒子，规格为25～100nm；Fe3O4纳米粒子，规格为50～100nm。上述技术方案中，所述催化活性成分CeO2，利用烟气中未完全燃烧的CO，催化CO与NO反应，产生CO2和N2，反应方程式如下：上述技术方案中，所述的助剂WO3，增加催化剂的热稳定性。本专利技术还提供一种SCR纳米膜脱硝催化剂，该催化剂是通过上述制备方法制备而成的。本专利技术还提供一种上述SCR纳米膜脱硝催化剂的应用，用于去除各类燃烧器(如燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉、内燃机等)产生的氮氧化物，所述的氮氧化物为一氧化氮和二氧化氮的混合物，通常二氧化氮的含量小于15％；以氨气、液氨或尿素为还原剂，按照一氧化氮的摩尔数+二氧化氮摩尔数之和与氨气或液氨按1：1配置，或者按照一氧化氮的摩尔数+二氧化氮摩尔数之和与尿素按2：1配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SCR纳米膜脱硝催化剂的制备方法，以工业级能改变流体形态的普通陶瓷为载体，以纳米粒子为辅助载体，以V2O5与PdO、MnO2、NiO中的至少一种组配而成的混合物为活性组分，以CeO2为催化活性成分，以WO3为助剂；制备方法包括以下步骤：(1)、载体清洗、干燥：所述的载体用自来水清洗后用发烟硫酸或质量分数为40％氢氟酸清洗一次；用质量分数为3％的氢氧化钠溶液中和残留的酸；用自来水清洗3次去除残留的碱；用蒸馏水清洗3次后再用去离子水清洗2～5次；在150℃、10Pa条件下真空干燥5h；(2)载体表面修饰：将步骤(1)得到的载体放入回流反应装置中，加入乙二胺使载体完全浸入在乙二胺液面以下，常压加热到120～130℃，回流反应4～8h；反应结束后，将产物转移到真空干燥箱内，氮气对干燥箱内的空气进行置换后，对干燥箱进行抽真空使真空度达到10Pa，升温到150℃保持0.5‑2h，即完成载体的表面修饰；(3)辅助载体处理：将所述的辅助载体与分散剂470均混，加入二氧六环精细研磨成膏状，之后在工业级超声波清洗器内进行超声分散，得到含有辅助载体的二氧六环溶液；(4)将步骤(2)得到的载体浸入到步骤(3)制备的溶液中，提拉成膜；(5)将步骤(4)得到的产物置于真空干燥箱内，氮气对干燥箱内空气进行3‑5次置换后向干燥箱内充入内胆容积10‑20倍的氮气；对干燥箱进行抽真空使真空度达到10Pa，在10Pa条件下，先升温到50℃，恒温30min，再升温到100℃，恒温60min；干燥结束后，冷却到室温、常压后将其取出放入马福炉内；以15升/min的流速向马福炉内充入氮气对炉内空气进行置换，保持5min；然后加热到250℃，加热过程中氮气流速保持为0.5‑1升/min，恒温20min；再加热到450℃，加热过程中氮气流速保持为0.5‑1升/min，恒温120min；自燃降温到室温，降温过程中氮气流速保持0.5‑1升/min，完成载体与纳米粒子的化学键连接；(6)将CeO2和WO3混合后加入去离子水溶解制备成浓度为5％(W/W)混合液，将步骤(5)得的产物浸泡到混合液中提拉成膜，然后在100℃下干燥30min，重复此过程3次；然后将产物置于马福炉内，以8～10℃/min的速度升温至450℃，恒温4h，即完成纳米膜催化剂的制备。...

【技术特征摘要】
1.一种SCR纳米膜脱硝催化剂的制备方法，以工业级能改变流体形态的普通陶瓷为载体，以纳米粒子为辅助载体，以V2O5与PdO、MnO2、NiO中的至少一种组配而成的混合物为活性组分，以CeO2为催化活性成分，以WO3为助剂；制备方法包括以下步骤：(1)、载体清洗、干燥：所述的载体用自来水清洗后用发烟硫酸或质量分数为40％氢氟酸清洗一次；用质量分数为3％的氢氧化钠溶液中和残留的酸；用自来水清洗3次去除残留的碱；用蒸馏水清洗3次后再用去离子水清洗2～5次；在150℃、10Pa条件下真空干燥5h；(2)载体表面修饰：将步骤(1)得到的载体放入回流反应装置中，加入乙二胺使载体完全浸入在乙二胺液面以下，常压加热到120～130℃，回流反应4～8h；反应结束后，将产物转移到真空干燥箱内，氮气对干燥箱内的空气进行置换后，对干燥箱进行抽真空使真空度达到10Pa，升温到150℃保持0.5-2h，即完成载体的表面修饰；(3)辅助载体处理：将所述的辅助载体与分散剂均混，加入二氧六环精细研磨成膏状，之后在工业级超声波清洗器内进行超声分散，得到含有辅助载体的二氧六环溶液；所述的辅助载体为TiO2纳米粒子，或TiO2纳米粒子与Fe3O4纳米粒子按重量比为50～95:10～30组配而成的混合物；所述的TiO2纳米粒子，规格为25～100nm；Fe3O4纳米粒子，规格为50～100nm；所述的分散剂为聚氧乙烯，所述的辅助载体与聚氧乙烯的重量比为100～150:1，辅助载体与二氧六环的重量比为1:10～15；所述的超声波的频率为80Hz、功率为3.6KW、分散时间为60min；(4)将步骤(2)得到的载体浸入到步骤(3)制备的溶液中，提拉成膜；(5)将步骤(4)得到的产物置于真空干燥箱内，氮气对干燥箱内空气进行3-5次置换后向干燥箱内充入内胆容积10-20倍的氮气；对干燥箱进行抽真空使真空度达到10Pa，在10Pa条件下，先升温到50℃，恒温30min，再升温到100℃，恒温60min；干燥结束后，冷却到室温、常压后将其取出放入马福炉内；以15升/min的流速向马福炉内充入氮气对炉内空气进行置换，保持5min；然后加热到250℃，加热过程中氮气流速保持为0.5-1升/min，恒温20min；再加热到450℃，加热过程中氮气流速保持为0.5-1升/min，恒温120min；自然降温到室温，降温过程中氮气流速保持0.5-1升/min，完成载体与纳米粒子的化学键连接；(6)将CeO2和WO3混合后加入去离子水溶解制备成浓度为5％(W/W)混合液，将步骤(5)得的产物浸泡到混合液中提拉成膜，然后在100℃下干燥30...

【专利技术属性】
技术研发人员：王睿，杨城君，郑贵泉，林晓辉，杜世睿，
申请(专利权)人：厦门宇净环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35