一种协同控制固定源烟气中多种污染物的催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种协同控制固定源烟气中多种污染物的催化剂及其制备方法。该催化剂的活性组分为硫酸化的钒铈复合氧化物，载体为硫酸化的钛铝复合氧化物，硫酸化的钒铈复合氧化物是五氧化二钒、二氧化铈、硫酸氧钒和硫酸是的复合体，硫酸化的钛铝复合氧化物是二氧化钛、氧化铝、硫酸氧钛和硫酸铝的复合体。在该催化剂的作用下，NOx被NH3选择性地还原为氮气和水，CO和VOCs被O2氧化为CO2和水。该催化剂特别适用于燃煤、燃气、燃生物质锅炉、垃圾焚烧炉等固定源的烟气治理。

Catalyst for synergistic control of multiple pollutants in flue gas of stationary source and preparation method thereof

The invention discloses a catalyst for synergistic control of a plurality of pollutants in fixed source flue gas and a preparation method thereof. The active component of the catalyst is sulfated vanadium cerium compound oxide, and the carrier is a sulfated titanium aluminum compound oxide. The sulphated vanadium cerium compound oxide is the complex of five oxidation of two vanadium, two cerium oxide, vanadium sulfate and sulfuric acid, and the sulfated titanium aluminum compound oxide is titanium dioxide, alumina, titanium sulfate and titanium oxide. The complex of aluminum sulfate. Under the action of the catalyst, NOx is selectively reduced to nitrogen and water by NH3, and CO and VOCs are oxidized to CO2 and water by O2. The catalyst is especially suitable for flue gas treatment of fixed sources such as coal fired, gas fired, biomass fired boilers, and refuse incinerators.

【技术实现步骤摘要】
一种协同控制固定源烟气中多种污染物的催化剂及其制备方法
本专利技术属于大气污染控制
，具体涉及一种协同控制固定源烟气中多种污染物的催化剂及其制备方法。
技术介绍
大气排放源分为移动源和固定源，常见的移动源包括汽车和船舶等，常见的固定源包括锅炉(电厂锅炉和工业锅炉)、窑炉(玻璃窑炉、陶瓷窑炉、水泥窑炉)、垃圾焚烧炉等。固定大气污染源会排放颗粒物、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、挥发性有机物(VOCs)。常用的颗粒物净化技术包括静电除尘、布袋除尘、旋风除尘等，常用的SO2净化技术包括湿法、半干法、干法等，常用的NOx净化技术包括选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)、氧化吸收等，常用的VOCs控制技术包括燃烧法(催化燃烧或热力燃烧)、吸附法等，CO通常采用燃烧法净化。在固定源烟气治理工程中，通常需要将各种单项污染物控制技术进行组合串联，会导致成本高、占地大、运行维护难度大等弊端，因此开发多污染物协同控制技术具有重要意义。催化法是可以实现多种污染物协同控制的方法之一，在汽车尾气净化中应用普遍。汽油车尾气中碳氢化合物(HC)和CO浓度较高，三元催化剂(贵金属为主要活性物质)在500～850℃时可以高效地同时净化NOx、HC、CO，参与反应的气体物质为NOx、HC、CO和O2。在柴油车尾气净化中，由于HC浓度相对低很多，需要加入氨气，钒钨钛、分子筛、银铝等催化剂在200～450℃时可以高效地同时净化NOx和CO，参与反应的主要为NOx、CO、NH3和O2。然而，目前催化法在固定源多污染物协同控制中的应用极少，其主要原因是缺少高效的催化剂。以生物质锅炉为例，其烟气中NOx、CO、VOCs的浓度都较高，但是烟气温度通常只有150～450℃，不满足汽车尾气三元催化剂的适用温度范围，而各类柴油车催化剂虽然可以实现NOx的高效净化，但VOCs和CO由于受到氨气及烟气温度低的影响，难以净化。G.Busca等人甚至发现传统的商用钒基脱硝催化剂在不通入氨气的条件下，对某些HC和含氧VOCs的净化效果也很有限【EvaluationofV2O5–WO3–TiO2andalternativeSCRcatalystsintheabatementofVOCs,CatalysisToday53(1999)525–533】。此外，固定源烟气中通常含有SO2、K、Na、Ca等物质，会导致催化剂的中毒失活，专利201410040277.7发现生物质锅炉烟气中的催化剂中毒失活尤为严重。因此，开发适用的催化剂是催化法用于固定源烟气多污染物协同控制的关键。用于固定源烟气中多种污染物协同净化的催化剂必须具备运行温度低(150～450℃)、污染物同时净化效率高(尤其是避免氨气对VOCs和CO氧化的抑制)、抗硫抗碱金属/碱土金属中毒能力强等特性。
技术实现思路
为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种协同控制固定源烟气中多种污染物的催化剂。本专利技术的另一目的在于提供上述用于协同控制固定源烟气中多种污染物的催化剂的制备方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种协同控制固定源烟气中多种污染物的催化剂，所述的催化剂的活性组分为硫酸化的钒铈复合氧化物，载体为硫酸化的钛铝复合氧化物。所述的硫酸化的钒铈复合氧化物是五氧化二钒、二氧化铈、硫酸氧钒和硫酸铈的复合体。所述的硫酸化的钛铝复合氧化物是二氧化钛、氧化铝、硫酸氧钛和硫酸铝的复合体。优选的，所述载体的质量分数为80～99.5％，所述活性组分的质量分数为0.5～20％。上述用于协同控制固定源烟气中多种污染物的催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)称取铈前驱体和钒前驱体，溶于过量草酸溶液中，水浴60～80℃加热搅拌成乳浊液，然后加入过量的硫酸溶液，水浴60～80℃加热搅拌成乳浊液，60～100℃干燥，得到硫酸化的钒铈复合氧化物；(2)称取二氧化钛和氧化铝，浸渍在过量的硫酸溶液中，搅拌4小时，抽滤，60～100℃烘干，最后500～700℃焙烧1～4小时，得到硫酸化的钛铝复合氧化物；(3)将硫酸化的钒铈复合氧化物和硫酸化的钛铝复合氧化物混合后研磨成粉末，再加入过量水中，搅拌4小时，60～100℃烘干，最后350～550℃焙烧2～6小时。优选的，步骤(1)中制备硫酸化的钒铈复合氧化物时，V/Ce的摩尔比控制在0.2～5。优选的，步骤(1)中所述铈前驱体为硝酸铈、碳酸铈、草酸铈、二氧化铈中的一种或多种。优选的，步骤(1)中所述钒前驱体为偏钒酸铵或五氧化二钒中的一种或两种。优选的，步骤(1)和(2)中所述的硫酸溶液浓度均为0.05～2.5mol/L。优选的，步骤(2)中制备硫酸化的钛铝复合氧化物时，Ti/Al的摩尔比控制在1～50。优选的，步骤(2)中所述二氧化钛和氧化铝可选用各种晶型的市售产品，二氧化钛比表面积不小于40m2/g，氧化铝比表面积不小于100m2/g。用于固定源烟气中多种污染物协同净化的催化剂必须在烟气温度较低时仍具有优异的氧化还原特性，需在NH3存在的情况下能同时实现NOx的还原反应以及CO和VOCs的氧化反应。五氧化二钒、二氧化铈、硫酸氧钒和硫酸铈在催化剂表面形成了多活性中心，避免了不同反应对单一活性中心的竞争。五氧化二钒、二氧化铈和硫酸铈的活性点位上能高效催化NOx和NH3之间的SCR反应，五氧化二钒和硫酸氧钒的活性点位上能高效催化CO和VOCs的氧化反应，并且二氧化铈能为CO和VOCs的氧化反应提供大量的化学吸附氧。用于固定源烟气中多种污染物协同净化的催化剂还必须具备较强的抗硫抗碱金属/碱土金属中毒能力。SO2导致的催化剂中毒主要源于活性组分生成硫酸盐后失活，以及SO2与NH3反应生成的硫铵盐沉积在催化剂表面，阻碍催化反应的进行。由于钒和铈的硫酸盐仍具有较好的催化活性，并且氧化铈能加速硫铵盐的分解，因此催化剂具有优异的抗硫性能。碱金属/碱土金属导致的催化剂中毒主要源于酸性位的破坏及活性金属组分形态的改变。由于催化剂的载体进行了硫酸化处理，其表面酸性大幅增强，缓解了碱金属/碱土金属对催化剂酸性位的破坏，并且引入的硫酸根能与碱金属/碱土金属结合，阻止他们接触活性金属组分，因此催化剂具有优异的抗碱金属/碱土金属中毒能力。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：(1)本专利技术催化剂的作用下，NOx被NH3选择性地还原为氮气和水，CO和VOCs被O2氧化为CO2和水；本专利技术催化剂在280～450℃时，对NOx的净化效率为95％～100％，对CO的净化效率高于90％～100％，对VOCs的净化效率高于85％～100％；本专利技术催化剂在150～280℃时，对NOx的净化效率为30％～95％，对CO的净化效率高于20％～90％，对VOCs的净化效率高于20％～85％。(2)本专利技术公开的催化剂可以同时净化多种污染物，能减少治理设施单元，降低投资成本和运行成本，减少占地。(3)本专利技术公开的催化剂具有优异的抗硫抗碱金属/碱土金属中毒能力，使用寿命非常长。(4)本专利技术公开的催化剂特别适用于燃煤、燃气、燃生物质锅炉、垃圾焚烧炉等固定源的烟气治理。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1一种协同控制固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种协同控制固定源烟气中多种污染物的催化剂，其特征在于，所述的催化剂的活性组分为硫酸化的钒铈复合氧化物，载体为硫酸化的钛铝复合氧化物，所述的硫酸化的钒铈复合氧化物是五氧化二钒、二氧化铈、硫酸氧钒和硫酸铈的复合体，所述的硫酸化的钛铝复合氧化物是二氧化钛、氧化铝、硫酸氧钛和硫酸铝的复合体。

【技术特征摘要】
1.一种协同控制固定源烟气中多种污染物的催化剂，其特征在于，所述的催化剂的活性组分为硫酸化的钒铈复合氧化物，载体为硫酸化的钛铝复合氧化物，所述的硫酸化的钒铈复合氧化物是五氧化二钒、二氧化铈、硫酸氧钒和硫酸铈的复合体，所述的硫酸化的钛铝复合氧化物是二氧化钛、氧化铝、硫酸氧钛和硫酸铝的复合体。2.根据权利要求1所述的协同控制固定源烟气中多种污染物的催化剂，其特征在于，所述载体的质量分数为80～99.5％，所述活性组分的质量分数为0.5～20％。3.权利要求1或2所述的协同控制固定源烟气中多种污染物的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称取铈前驱体和钒前驱体，溶于过量草酸溶液中，水浴60～80℃加热搅拌成乳浊液，然后加入过量的硫酸溶液，水浴60～80℃加热搅拌成乳浊液，60～100℃干燥，得到硫酸化的钒铈复合氧化物；(2)称取二氧化钛和氧化铝，浸渍在过量的硫酸溶液中，搅拌4小时，抽滤，60～100℃烘干，最后500～700℃焙烧1～4小时，得到硫酸化的钛铝复合氧化物；(3)将硫酸化的钒铈复合氧化物和硫酸化的钛铝复合氧化物混合后研磨成粉末，再加入过量水中，搅拌4小时，60～100℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雄波，岑超平，刘莹，方平，唐志雄，
申请(专利权)人：环境保护部华南环境科学研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44