用于低温SCR脱硝的复合型金属氧化物催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于低温SCR脱硝的复合型金属氧化物催化剂及其制备方法，属于催化剂技术领域。该催化剂是由两种催化剂前驱体溶液通过静电纺丝或离心纺丝得到纳米复合纤维，再通过介质阻挡放电煅烧处理得到，所述的两种催化剂一种是钒钛系SCR催化剂，主要成分是V2O5‑

【技术实现步骤摘要】
用于低温SCR脱硝的复合型金属氧化物催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种低温催化剂，具体涉及一种用于低温SCR脱硝的复合型金属氧化物催化剂及其制备方法，属于催化剂


技术介绍

[0002]氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一，主要包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。在大气中可以稳定存在的NOx会带来酸雨、光化学烟雾和臭氧层破坏等环境问题，同时还会危害人体健康。近年来，由于我国能源消费总量的不断提升，煤炭等化石能源被不断消耗，NOx也始终保持着较高的排放量，产生了严重的环境污染问题。
[0003]为了满足规定的排放要求，针对燃煤电厂和工业锅炉开发了一系列氮氧化物控制技术。其中选择性催化还原技术(SCR)因其脱硝效率高(可达90％以上)，产物选择性好，系统操作控制简单，技术成熟可靠等优点，成为目前燃煤电厂中广泛应用的脱硝技术，同时在工业锅炉等非电行业脱硝中也有很好的应用前景。
[0004]尽管研究开发的钒钛系SCR催化剂V2O5‑
WO3/TiO2或V2O5‑
MoO3/TiO2目前已经成功应用，但仍然存在工作温度较高的缺点，仅在300
‑
400℃具有突出的脱硝性能。因此开发150
‑
300℃低温情况下高活性的SCR催化剂一直是世界各国研究人员的目标。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于低温SCR脱硝的复合型金属氧化物催化剂的制备方法，以解决现有SCR催化剂温度范围窄、低温性能差的问题。
[0006]本专利技术解决问题主要采取的技术方案是：
[0007]一种用于低温SCR脱硝的复合型金属氧化物催化剂，该催化剂是由两种催化剂前驱体溶液通过静电纺丝或离心纺丝得到纳米复合纤维，再通过介质阻挡放电煅烧处理得到，所述的两种催化剂
[0008]一种是钒钛系SCR催化剂，主要成分是V2O5‑
WO3/TiO2或V2O5‑
MoO3/TiO2，其中V含量为1
‑
5wt.％，W或Mo含量为1
‑
10wt.％；
[0009]另一种是具有莫来石结构的氧化型催化剂FMn
x
O
y
，其中F和Mn的摩尔比为1∶1～2，F选自Sm，La，Ce，Pr，Eu，Gd或Y；
[0010]所述氧化型催化剂与钒钛系SCR催化剂的质量比为1∶(1～10)。
[0011]针对现有催化脱硝技术的不足，专利技术人在长期从事烟气脱硝催化剂研发的基础上，以钒钛系SCR催化剂为基础，开发研究了一种复合型SCR催化剂，用以提高钒钛系SCR催化剂的低温脱硝效率。试验结果显示，该复合型SCR催化剂成功地拓宽了钒钛系SCR催化剂的高效反应温度窗口，提高了钒钛系SCR催化剂在300℃以下的脱硝效率，并且制备该复合型SCR催化剂的方法简单易操作，是一种低成本，可宏量制备高性能SCR催化剂的方法。
[0012]专利技术人研究发现，钒钛系SCR催化剂与氧化型催化剂复合以后，NO在氧化型催化剂上会形成亚硝酸盐等中间物种，这些中间物种会迁移至钒钛系SCR催化剂表面，与其表面吸
附的氨物种进行反应，生成氮气和水，弥补了钒钛系SCR催化剂低温下催化氧化NO弱而导致的低温性能差的缺点。两种催化剂的复合方法采用静电纺丝结合介质阻挡放电煅烧，能避免两种催化剂成分中原子之间的相互影响，在保持SCR催化剂良好高温活性的同时，提高了其低温脱硝效率。
[0013]作为优选，所述氧化型催化剂与钒钛系SCR催化剂的质量比为1∶(1～2)。添加氧化型催化剂的目的是改善中高温SCR催化剂的低温活性，但是氧化型催化剂的量过多容易造成催化剂本身中高温性能的下降。氧化型催化剂与钒钛系SCR催化剂的质量比最优为1∶1。
[0014]作为优选，所述纺丝得到的纳米复合纤维直径为100
‑
900nm。
[0015]本专利技术中，氧化型催化剂优选为SmMn
x
O
y
。
[0016]一种所述的用于低温SCR脱硝的复合型金属氧化物催化剂的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0017]S1、分别配制所述钒钛系SCR催化剂、氧化型催化剂的前驱体溶液作为纺丝液，通过静电纺丝或离心纺丝制备复合金属氧化物纤维，
[0018]S2、通过介质阻挡放电煅烧处理复合金属氧化物纤维，得到所述的复合型金属氧化物催化剂。
[0019]作为优选，所述的氧化型催化剂SmMn
x
O
y
前驱体溶液的制备方法为：
[0020]1)将聚乙二醇、Pluronic F127与水混合后加热至溶解，得到含有表面活性剂的溶液A；将含锰前驱体、含钐前驱体与溶液A混合至溶解，得到溶液B；
[0021]2)向溶液B中加入H2O2溶液，使锰元素与H2O2摩尔比为1∶1.2～1.5；
[0022]3)搅拌上一步得到的混合液2小时以上，然后加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)继续搅拌10～24小时，得到氧化型催化剂SmMn
x
O
y
前驱体溶液。含锰前驱体一般为硝酸锰，含钐前驱体一般为硝酸钐。
[0023]本专利技术中，聚乙二醇作为表面活性剂使用，一般采用PEG
‑
400～600，高分子量容易造成粘合。
[0024]作为优选，S1中所述静电纺丝的方法为：用5～20mL的针筒分别抽取两种前驱体溶液，针头接10～20kV直流高压负电源，进行静电纺丝，形成复合纤维，并放置于20～50℃真空箱中干燥24小时。
[0025]作为优选，S2所述通过介质阻挡放电煅烧处理复合金属氧化物纤维的具体过程是：在氧气、氮气、氩气，或者上述两种以上气体混合物的气氛下，输出电压和频率分别为8～12kV和8～10kHz，使反应器内部的气体击穿而产生介质阻挡放电，保持30～60min，制备得到复合型金属氧化物催化剂。
[0026]作为优选，所述的钒钛系SCR催化剂前驱体溶液的制备方法为：将含钒前驱体、含钨前驱体/含钼前驱体、含钛前驱体溶于水后充分搅拌后加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)继续搅拌10～24小时，得到V2O5‑
WO3/TiO2或V2O5‑
MoO3/TiO2的前驱体溶液。含钒前驱体一般为偏钒酸铵，含钨前驱体一般为偏钨酸铵，含钼前驱体一般为四水钼酸铵，含钛前驱体为钛酸四丁酯或硫酸钛之一。本专利技术所述钒钛系SCR催化剂可采用本领域公知技术进行制备。
[0027]一种本专利技术所述的复合型金属氧化物催化剂在低温SCR脱硝方面的应用，所述的低温脱硝下限为150℃。本专利技术所述的用于低温SCR脱硝的复合型金属氧化物催化剂，可将钒钛系SCR催化剂的高效温度窗口(＞300℃)的温度下限拓宽至150℃，脱硝效率超过90％。
[0028]与现有的技术相比，本专利技术的优点在于：
[0029]1、相比于钒钛系SCR催化剂，本专利技术通过复合氧化型催化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于低温SCR脱硝的复合型金属氧化物催化剂，其特征在于：该催化剂是由两种催化剂前驱体溶液通过静电纺丝或离心纺丝得到纳米复合纤维，再通过介质阻挡放电煅烧处理得到，所述的两种催化剂一种是钒钛系SCR催化剂，主要成分是V2O5‑
WO3/TiO2或V2O5‑
MoO3/TiO2，其中V含量为1
‑
5wt.％，W或Mo含量为1
‑
10wt.％；另一种是具有莫来石结构的氧化型催化剂FMn
x
O
y
，其中F和Mn的摩尔比为1∶1～2，F选自Sm，La，Ce，Pr，Eu，Gd或Y；所述氧化型催化剂与钒钛系SCR催化剂的质量比为1∶(1～10)。2.根据权利要求1所述的复合型金属氧化物催化剂，其特征在于：所述氧化型催化剂与钒钛系SCR催化剂的质量比为1∶(1～2)。3.根据权利要求1所述的复合型金属氧化物催化剂，其特征在于：所述纺丝得到的纳米复合纤维直径为100
‑
900nm。4.一种权利要求1所述的用于低温SCR脱硝的复合型金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：S1、分别配制所述钒钛系SCR催化剂、氧化型催化剂的前驱体溶液作为纺丝液，通过静电纺丝或离心纺丝制备复合金属氧化物纤维，S2、通过介质阻挡放电煅烧处理复合金属氧化物纤维，得到所述的复合型金属氧化物催化剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的氧化型催化剂SmMn
x
O
y
前驱体溶液的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：高翔，刘少俊，宋浩，郑成航，张宇，吴卫红，张霄，林青阳，杨洋，徐甸，张涌新，翁卫国，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：