一种具有同时脱硝脱汞的复合载体型SCR脱硝催化剂及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有同时脱硝脱汞的复合载体型SCR脱硝催化剂及其制备方法。该催化剂由以下质量百分含量的成分组成：V2O50.2%～1.2%，WO31.0%～10%，其余为TiO2-CeO2复合氧化物载体。本发明专利技术采用的纳米级TiO2-CeO2复合氧化物载体具有更高的比表面积，可使活性组分得到更好的分散，同时具有较好的抗水抗硫性；其次，通过活性组分与载体之间的相互作用，进一步提高催化剂的活性，可在无HCl存在或低HCl的条件下具有较强的Hg0氧化活性；再次，本催化剂在不增加燃煤电厂烟气净化设施的前提下，可同时完成NOx的催化还原和Hg0的催化氧化，实现对NOx和Hg0排放的同时控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境保护领域，适应于燃煤电厂的烟气净化，包括氮氧化物和汞的控制。具体涉及一种同时具有选择性催化还原NOx及对Hg0催化氧化作用的SCR脱硝催化剂及制备方法。
技术介绍
NOx对自然环境和人体健康极具破坏作用，会引起诸如光化学烟雾、酸雨、温室效应和臭氧层空洞效应等重大环境问题，污染严重；汞因具有极强的挥发性、持久性、易迁移性和高度的生物富集性，对人群健康和生态环境也产生极大威胁，成为全球广泛关注的污染物之一。因此，对NOx与汞的治理已变成世界环境保护领域的重点。世界各国对NOx与汞的排放制定了越来越严格的标准，我国《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)规定，所有燃煤电厂锅炉烟气中NOx排放量不得超过100mg/m3；汞及其化合物排放量不得超过0.03mg/m3。这无疑对烟气脱硝脱汞技术有了更严格的要求，势必会提高火力发电的成本。因此，为了降低成本，燃煤电厂通常需要利用现有污染物控制设备来脱除烟气中的汞，在除尘、脱硫、脱硝的同时可实现汞的脱除。烟气中汞的存在形式主要包括颗粒态汞（Hgp）、氧化态汞（Hg2+）和单质态汞（Hg0）。烟气通过常规烟气处理设备时，Hg2+由于其水溶性较好，大部分可被湿法洗涤系统捕获而脱除；大部分的Hgp可被除尘器捕获而去除；但Hg0由于其低熔点、高平衡蒸汽压与低水溶性的特殊理化性质而难以被常规的烟气处理设备去除。因此，烟气通过常规烟气处理设备后，汞主要以Hg0的形式被排放出来。所以，Hg0是大气环境中汞的主要存在形式，是对人类和环境危害最大的汞形态。控制烟气中的Hg0是控制燃煤汞排放的重点和难点。所有的燃煤电厂在燃后区至少会有一部分污染物控制设备，例如静电除尘（ESP）、布袋除尘（FF）、湿法或干法烟气脱硫（FGD）、以及选择性催化还原(SCR)等。为了降低成本，燃煤电厂通常需要利用现有污染物控制设备来脱除烟气中的汞。目前，燃煤烟气脱汞主要集中在吸附剂、催化剂的研究和如何利用现有的污染物净化装置脱汞等方面的研究。利用现有的脱硫、脱硝设备实现汞的协同脱除可减少额外的成本。SCR脱硝技术是目前研究最多、应用最广，也是最有效的烟气NOx脱除技术。SCR脱硝催化剂不但能催化还原NOx而且能将烟气中的Hg0催化氧化成Hg2+。通过利用SCR脱硝催化剂将Hg0高效氧化成易溶于水的Hg2+，生成的Hg2+被后续的脱硫装置脱除，可达到同时去除NOx与Hg0的目的。因此，SCR设备协同湿法FGD系统脱除燃煤烟气中Hg0被认为是一种极具应用潜力的燃煤汞排放控制技术。该方法脱除效率高，无需额外投资及运行费用，可广泛应用于燃煤烟气的净化中。然而，SCR脱硝催化剂催化氧化Hg0仍然存在不足：SCR脱硝催化剂对Hg0的氧化作用有限，极大的依赖于HCl的存在及浓度，在无HCl存在或低HCl的条件下Hg0氧化作用极低。而我国煤种大多为低氯煤（烟气中HCl含量为30-50PPm)。因此，那些能够在低HCl或者无HCl条件下促进汞高效氧化的SCR脱硝催化剂将具有非常广阔的应用前景。此外，传统商用SCR催化剂比表面积较小，催化性能有待提高。因此，对现有的V2O5-WO3/TiO2SCR脱硝催化剂进行改性以提高其在低HCl或无HCl条件下的Hg0催化氧化性能与比表面面积成为迫切需要解决的问题。
技术实现思路
为了降低成本，克服上述催化剂存在的不足，本专利技术提出具有同时脱硝脱汞的SCR脱硝催化剂及其制备方法。为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：所述具有同时脱硝脱汞的复合载体型SCR脱硝催化剂由如下质量百分比的组分组成：V2O5：0.2%～1.2%，WO3：1.0%～10%，其余为TiO2-CeO2复合氧化物载体，各组分质量百分比之和为100%。所述TiO2-CeO2复合氧化物载体的比表面积为80～120m2/g，总孔容为0.1～0.4cm2/g，平均孔径为8～12nm，TiO2-CeO2复合氧化物载体中CeO2与TiO2的摩尔比为0.02～0.2。制备所述TiO2-CeO2复合氧化物载体的方法包括如下步骤：（1）将钛酸丁酯和无水乙醇混合搅拌25～35min，优选30min，得到溶液A；再将去离子水、无水乙醇、浓硝酸与硝酸铈混合搅拌25～35min，优选30min，得到溶液B；其中，钛酸丁酯、无水乙醇、去离子水、无水乙醇、浓硝酸与硝酸铈的摩尔比为：（0.08～0.12）：（2.1～2.5）：（1.6～2.4）：（0.5～0.8）：（0.08～0.12）：（0.005～0.05），控制CeO2与TiO2的摩尔比为0.02～0.2；（2）将A溶液加入B溶液中，搅拌3～6h，形成均匀黄色透明的溶胶，将溶胶在35～45℃，优选40℃条件下陈化1.5～2.5h，优选2h后，于75～85℃，优选80℃，干燥20～28h，得到TiO2-CeO2干凝胶，再将TiO2-CeO2干凝胶于400～600℃煅烧3～6h，得到TiO2-CeO2复合氧化物载体。制备上述催化剂的方法是将述的TiO2-CeO2复合氧化物载体置于复合浸渍液中，在75～85℃，优选80℃条件下搅拌1～3h，浸渍3～15h，于100～110℃，优选105℃干燥后再于400℃～600℃煅烧2～6h，即得；所述的复合浸渍液由以下质量百分比的组分组成：偏钒酸铵：0.02%～0.16%，钨酸铵：0.1%～1.2%，草酸：0.02%～0.2%，其余为水。下面对本专利技术作进一步说明：本专利技术运用溶胶凝胶法制备纳米级TiO2-CeO2复合氧化物载体，采用浸渍法制备V2O5-WO3/TiO2-CeO2催化剂，活性组分均匀分布在TiO2-CeO2载体表面。CeO2具有强大的储氧能力及其特殊的Ce3+/Ce4+氧化还原对，CeO2与V2O5具有协同促进作用；加入CeO2可以进一步提高催化剂的脱硝脱汞活性和抗水抗硫性能。将CeO2以一定配比掺杂于TiO2载体上，可有效提升催化剂的脱硝脱汞活性及催化剂活性的稳定性。配制CeO2/TiO2摩尔比为0.02～0.2的TiO2-CeO2复合载体；质量百分比为0.02%～0.16%偏钒酸铵、0.1%～1.2%钨酸铵、0.2%～0.2%草酸的复合浸渍溶液；通过浸渍法将TiO2-CeO2复合载体置于复合浸渍液中，使偏钒酸铵与钨酸铵在TiO2-CeO2上充分分散和负载，干燥后在400～600℃条件下对样品煅烧2～6h，从而制备出以TiO2-CeO2为载体，负载有0.2%～1.2%V2O5、1.0%～10%WO3的催化剂，其中V2O5、WO3为催化剂活性组分；CeO2掺杂改性TiO2载体，提高了催化剂的比表面积，使活性组分得到更好的分散；CeO2与V2O5的协同作用改善了催化剂的脱硝脱汞性能及抗水抗硫性。与现有的SCR催化剂相比，本专利技术的优点是：1、本专利技术以纳米级TiO2-CeO2复合氧化物为载体，CeO2具有较高的比表面积，CeO2对TiO2的掺杂改性可增加催化剂比表面积的作用，进而可使活性组分得到更好的分散，同时通过活性组分与载体之间的相互作用，进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有同时脱硝脱汞的复合载体型SCR脱硝催化剂，其特征在于，所述催化剂由如下质量百分比的组分组成：V2O5：0.2%～1.2%，WO3：1.0%～10%，其余为TiO2‑CeO2复合氧化物载体，各组分质量百分比之和为100%。

【技术特征摘要】
1.一种具有同时脱硝脱汞的复合载体型SCR脱硝催化剂，其特征在于，所述催化剂由如下质量百分比的组分组成：
V2O5：0.2%～1.2%，WO3：1.0%～10%，其余为TiO2-CeO2复合氧化物载体，各组分质量百分比之和为100%。
2.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述TiO2-CeO2复合氧化物载体的比表面积为80～120m2/g，总孔容为0.1～0.4cm2/g，平均孔径为8～12nm，TiO2-CeO2复合氧化物载体中CeO2与TiO2的摩尔比为0.02～0.2。
3.一种制备如权利要求1或2所述TiO2-CeO2复合氧化物载体的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
将钛酸丁酯和无水乙醇混合搅拌25～35min，得到溶液A；再将去离子水、无水乙醇、浓硝酸与硝酸铈混合搅拌25～35min，得到溶液B；其中，钛酸丁酯、无水乙醇、去离子水、无水乙醇、浓硝酸与硝酸铈的摩尔比为：（0.08～0.12）：（2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彩亭，赵令葵，曾光明，翟云波，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43