具有晶面效应的低温SCR脱硝催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及具有晶面效应的低温SCR脱硝催化剂的制备方法及应用，属于SCR脱硝技术领域。该催化剂以优先暴露{001}晶面的锐钛矿TiO

【技术实现步骤摘要】
具有晶面效应的低温SCR脱硝催化剂的制备方法及应用
本专利技术属于SCR脱硝
，具体涉及一种具有晶面效应的低温SCR脱硝催化剂、制备方法及应用。
技术介绍
NOx是引起酸雨、光化学烟雾等环境问题的主要元凶，对环境及人类健康具有严重危害。在众多脱硝技术中，以NH3作为还原剂的选择性催化还原(SelectiveCatalyticReduction，SCR)技术因其有脱硝效率高、二次污染小等优点被认为是目前较具前景的烟气脱硝技术。SCR技术的核心在于催化剂，目前，市场应用最广泛的SCR脱硝催化剂为V2O5-WO3/TiO2，但该催化剂的低温催化活性较差。MnOx因其具有良好低温脱硝活的特点而在SCR技术研究领域备受关注，但其仍存在着稳定性和抗水性不够理想等问题。向MnOx中掺杂Sm可促进NO与NH3的吸附和氧化，可进一步提高其低温催化活性。近年来，研究发现，将活性组分负载于合适的载体上，载体与活性组分间的相互作用可有效提高催化剂的催化性能。锐钛矿TiO2具有较多的酸性位点，是一种常用的SCR脱硝催化剂载体材料。研究表明锐钛矿TiO2载体的晶面调控对于负载型MnOx基催化剂的催化性能具有重要影响。优先暴露{001}晶面的锐钛矿TiO2{001}表面具有较多的不饱和配位原子，反应活性高，且{001}晶面对表面活性氧物种的形成影响较大，可进一步影响载体与活性物种间的相互作用。因此，以TiO2{001}作为载体的催化剂常具有较高的催化活性。但迄今为止，以优先暴露{001}晶面的锐钛矿TiO2{001}为载体，负载MnOx和SmOx得到的具有特定Mn物种组成(具有特定Mn3+/Mn4+比例)的新型复合催化材料用于SCR脱硝
的研究尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种具有晶面效应的低温SCR脱硝催化剂。本专利技术制备的SCR脱硝催化剂，通过在优先暴露{001}晶面的锐钛矿TiO2{001}载体上负载特定比例的MnO2和Mn2O3并掺杂适量Sm3+，显著提高了催化剂的低温NH3选择催化还原NO的活性，同时保持较高的稳定性和抗水性，其综合性能较好。为实现上述专利技术目的，本专利技术公开了下述技术方案：首先，本专利技术公开了一种具有晶面效应的低温SCR脱硝催化剂，所述低温SCR脱硝催化剂的化学成分包括Mn2O3、MnO2、Sm2O3和TiO2{001}，所述催化剂以优先暴露{001}晶面的锐钛矿TiO2{001}为载体，负载特定比例的Mn2O3和MnO2，同时掺杂适量Sm3+，记为Sm-MnOx/TiO2{001}。优选的，所述催化剂中Mn/(Mn+Ti)的摩尔百分比为25％～35％，Sm/(Sm+Mn)的摩尔百分比为5％～15％，Mn3+/Mn4+比例为90％～120％。其次，本专利技术公开了一种具有晶面效应的低温SCR脱硝催化剂Sm-MnOx/TiO2{001}的制备方法，具体的，所述制备方法包括如下步骤：(1)优先暴露{001}晶面的锐钛矿TiO2载体的合成：将钛酸丁酯加入HF水溶液中充分搅拌后置于180～220℃烘箱中反应16～32h；反应结束后，用去离子水及无水乙醇交替洗涤反应产物至中性；然后将沉淀物在60～100℃干燥8～24h，再于400～600℃空气气氛下焙烧1～3h，得到优先暴露{001}晶面的锐钛矿TiO2载体；(2)活性组分的负载：将50wt.％Mn(NO3)2溶液及Sm(NO3)3·6H2O溶于去离子水，搅拌均匀，获得混合溶液A；将步骤(1)制备所得TiO2载体分散于去离子水中，获得悬浮液B；向所述悬浮液B中加入所述混合溶液A，加热搅拌，获得中间产物并进行干燥、焙烧，得到所述低温SCR脱硝催化剂。优选的，步骤(2)中，加入混合溶液A后搅拌时间为0.5～2h。所述加热搅拌温度为75～85℃，加热时间为2～4h。所述中间产物干燥温度为80～120℃，干燥时间为12～24h。所述焙烧温度为350～450℃，焙烧时间为2～4h。本专利技术采用上述具有晶面效应的低温SCR脱硝催化剂Sm-MnOx/TiO2{001}，应用于SCR脱硝领域，具体的应用过程包括：利用固定床微反装置对催化剂的SCR脱硝性能进行评价。催化反应的气氛中NO浓度范围为400～600ppm、NH3浓度范围为400～600ppm、O2含量控制在1～3vol.％、温度控制在80～280℃，空速控制在40000～60000h-1。在催化剂稳定性测试时，其他条件不变，温度控制在160～240℃，连续反应24h。在催化剂抗水性测试时，其他条件不变，通入1～3vol.％H2O。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术提供的Sm-MnOx/TiO2{001}催化剂，以优先暴露{001}晶面的锐钛矿TiO2{001}为载体，对于NH3-SCR催化性能具有载体的晶面效应，TiO2{001}载体表面具有较多的吸附中心和氧空位，且在有H2O条件下其表面羟基倾向于与Ti4+结合产生更多的酸性位点，在该载体上负载Sm3+掺杂Mn2O3和MnO2活性组分，适量Sm3+的引入显著增加催化剂的表面活性氧含量，通过NO→Sm3+的电子转移形成Sm2+，进而通过的氧化还原循环促进了Sm3+与MnOx间的相互作用，并调控了Mn3+与Mn4+间的比例，能有效促进NO的选择性催化还原。(2)本专利技术制备的低温SCR脱硝催化剂Sm-MnOx/TiO2{001}，相对现有SCR脱硝催化剂来说，充分发挥了载体晶面效应及特定Mn3+/Mn4+比例活性组分MnO2、Mn2O3和Sm2O3与TiO2{001}载体间的协同作用，从而使Sm-MnOx/TiO2{001}催化剂在SCR脱硝技术中展现出良好的低温催化活性。在烟气浓度为500ppmNO、500ppmNH3、2.5vol.％O2、空速为50000h-1的条件下，Sm-MnOx/TiO2{001}(Mn3+/Mn4+比例为115.2％)在较低温度120℃时NO转化率均能达到95％以上。而对比例中以商业锐钛矿TiO2为载体的Sm-MnOx/TiO2-H(Mn3+/Mn4+比例为88.5％)在相同条件下，120℃时NO转化率仅为81.3％。(3)本专利技术制备的低温SCR脱硝催化剂Sm-MnOx/TiO2{001}，具有较好的稳定性。在240℃连续反应24h催化剂的脱硝活性几乎不变，NO转化率均在95.7％以上。而Sm-MnOx/TiO2-H催化剂在相同条件下由91.7％降至87.6％。(4)本专利技术制备的低温SCR脱硝催化剂Sm-MnOx/TiO2{001}，具有良好的抗水性。在通入2.5vol.％H2O、50000h-1空速条件下的脱硝活性较高，在120℃时NO转化率均超过70％。而Sm-MnOx/TiO2-H催化剂在120℃时的NO转化率仅为50.1％。(5)本专利技术制备的Sm-MnOx/TiO2{001}催化剂制备方法简单、操作方便、可重复性高，与现有商业锐钛矿TiO2为载体的Sm-MnOx/TiO2-H催化剂相比，在活性、抗水性和稳定性方面更具优势，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有晶面效应的低温SCR脱硝催化剂，其特征在于，所述催化剂的载体为优先暴露{001}晶面的锐钛矿TiO

【技术特征摘要】
1.一种具有晶面效应的低温SCR脱硝催化剂，其特征在于，所述催化剂的载体为优先暴露{001}晶面的锐钛矿TiO2{001}，活性组分为Mn2O3、MnO2和Sm2O3。


2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，催化剂中Mn/(Mn+Ti)的摩尔百分比为25％～35％，Sm/(Sm+Mn)的摩尔百分比为5％～15％，Mn3+/Mn4+比例为90％～120％。


3.一种权利要求1或2所述的具有晶面效应的低温SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)优先暴露{001}晶面的锐钛矿TiO2{001}载体的合成：将钛酸丁酯加入HF水溶液中充分搅拌后置于180～220℃烘箱中反应16～32h；反应结束后，用去离子水及无水乙醇交替洗涤反应产物至中性；然后将沉淀物在60～100℃干燥8～24h，再于400～600℃空气气氛下焙烧1～3h，得到优先暴露；{001}晶面的锐钛矿TiO2{001}载体；
(2)活性组分的负载：将Mn(NO3)2及Sm(NO3)3·6H2O溶于去离子水，搅拌均匀，获得混合溶液A；将步骤(1)制备所得TiO2{001...

【专利技术属性】
技术研发人员：马小东，何旭，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12