能在低温条件下协同催化脱除烟气中二次污染物的催化剂制造技术

本发明专利技术涉及废弃物焚烧尾气处理技术，旨在提供一种能在低温条件下协同催化脱除烟气中二次污染物的催化剂。该催化剂包含杂化纳米钛包覆型载体材料和V、W、Ce的高价态活性组分；所述杂化纳米钛包覆型载体材料是指SiO2‑

Catalyst capable of synergistic catalytic removal of secondary pollutants in flue gas at low temperature

【技术实现步骤摘要】
能在低温条件下协同催化脱除烟气中二次污染物的催化剂


[0001]本专利技术涉及废弃物焚烧尾气处理技术，特别涉及一种能在低温条件下协同催化脱除烟气中二次污染物的催化剂及其制备与应用。

技术介绍

[0002]随着经济高速发展和物质生活水平不断提高，固体废弃物(城市生活垃圾、危险固体废物和工业固体废物)的产生量也迅速增加。焚烧法因其减量化、无害化和资源化等优势，在国内外广泛应用于固体废弃物处置。近年来，生活垃圾、危险固体废物和工业固体废物焚烧厂越来越多，单厂处置规模也越来越大。固体废弃物焚烧过程中容易产生HCl、NO
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和二噁英等二次污染物。
[0003]为了有效控制这些污染物的排放或超低排放，需要与焚烧厂配套建设烟气净化系统，该系统通常依次包括半干喷淋塔、干法脱酸、活性炭喷射装置耦合布袋除尘器、SCR脱硝装置和湿式洗涤塔等。其中，目前针对二噁英的控制方法主要以活性炭喷射耦合布袋除尘为主，但该技术仅能将气相中二噁英通过活性炭吸附转移到固相中，并未降低二噁英的排放总量。并且由于飞灰中富集了高浓度二噁英，对环境的潜在危害很大，仍需要被进一步无害化处置，增加应用成本。尽管新建焚烧炉在烟气净化系统中通常会新增SCR脱硝装置，但其设计思路仍以降解NO
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为主，对二噁英类有机污染物降解效果有限甚至无效，不能适应如今二噁英稳定达标与超低排放要求。因此，如何控制焚烧过程中二噁英的低排放成为了固体废弃物焚烧处置领域亟需解决的问题。
[0004]催化降解技术能将二噁英类有机污染物完全分解，产生无毒物质后排放到环境中，但现有烟气二噁英催化降解技术仍存在很多不足。首先，现有SCR系统运行温度以中高温为主(230℃以上)，降解效率不高(约在30％以内)，长期运行可能导致催化剂中毒失活或催化剂表面积灰失活，在中高温环境下还存在作为反应载体促进二噁英再生成的风险。其次，现有催化剂在低温条件下(200℃以下)反应活性差，二噁英催化降解效率极低，技术难题亟待突破。再者，SCR系统布置在烟气净化系统尾部，需要配备蒸汽
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烟气换热器(SGH)或烟气
‑
烟气换热器(GGH)等加热设备，才能将烟气加热到适宜的中高温，存在能耗高、经济性差等问题。因此，为适应烟气二噁英超低排放控制及电厂节能降耗的双碳需求，开发新型低温高效的二噁英催化降解技术迫在眉睫。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种能协同催化脱除烟气中的二次污染物的低温催化剂。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的解决方案是：
[0007]提供一种能在低温条件下协同催化脱除烟气中二次污染物的催化剂，该催化剂包含杂化纳米钛包覆型载体材料和V、W、Ce的高价态活性组分；
[0008]所述杂化纳米钛包覆型载体材料是指SiO2‑
TiO2(NT)@TiO2(N)载体材料，在催化剂
中的质量百分比含量为76.0～～98.5wt.％；其中，TiO2(N)是指纳米二氧化钛颗粒，其在载体材料中的质量占比为50.0～97.0wt.％，TiO2(NT)指二氧化钛纳米管，在载体材料中的质量占比为1.0～45.0wt.％；SiO2在载体材料中的质量占比为2.0～10.0wt.％；
[0009]所述V、W、Ce的高价态活性组分，是指包含V
5+
/V
4+
/V
3+
、W
6+
/W
4+
和Ce
4+
/Ce
3+
各价态混合共存的活性组分，且V
5+
、W
6+
、Ce
4+
在各自元素中的占比至少分别超过65％、60％、60％；如将各价态活性组分折算为最高价态氧化物形式V2O5、WO3、CeO2，则各自在催化剂中的质量百分比含量分别为0.5～8.0wt.％、0.5～8.0wt.％、0.5～8.0wt.％。
[0010]作为本专利技术的优选方案，所述催化剂的结构造型为蜂窝式、三叶草式或波纹板式。
[0011]本专利技术进一步提供了该催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)按所述质量百分占比关系，称取SiO2‑
TiO2(NT)@TiO2(N)载体材料和V、W、Ce高价态活性组分的前驱体，研磨成粉末状并混合均匀；
[0013](2)以挤压成型的方式，获得立体结构造型的催化剂粗坯；
[0014](3)将催化剂粗坯干燥处理，然后进行煅烧处理，冷却后获得催化剂产品。
[0015]作为本专利技术的优选方案，高价态活性组分V的前驱体是偏钒酸铵或五氧化二钒中的至少一种。
[0016]作为本专利技术的优选方案，高价态活性组分W的前驱体是偏钨酸铵、仲钨酸铵、钨酸铵中的至少一种。
[0017]作为本专利技术的优选方案，高价态活性组分Ce的前驱体是硝酸铈(III)六水合物、硝酸铈(Ⅳ)、氧化铈或硝酸铈铵中的至少一种。
[0018]作为本专利技术的优选方案，在干燥处理时按以下升温程序执行：在65℃保持60min，以5℃/min速率升温至80℃；在80℃保持60min后，以5℃/min速率升温至105℃；在105℃保持60min后，自然降温至室温；在煅烧处理时按以下升温程序执行：以1.5℃/min速率从室温升温至100℃；在100℃保持120min后，以7.5℃/min速率升温至250℃；在250℃保持150min后，以5℃/min速率升温至350℃；在350℃保持150min后，以5℃/min速率升温至450℃；在450℃保持720min后，自然冷却至室温。
[0019]作为本专利技术的优选方案，所述SiO2‑
TiO2(NT)@TiO2(N)载体材料通过下述方法制备获得：
[0020](1)取计量的钛酸四丁酯溶于无水乙醇，剧烈搅拌1.5h，得到溶液A；将一定量的去离子水、醋酸、无水乙醇混合得到溶液B；将溶液B缓慢加入溶液A中，搅拌1h，得到含有纳米二氧化钛颗粒TiO2(N)的混合溶液；
[0021](2)取一定量的SiO2粉末和二氧化钛纳米管TiO2(NT)加入混合溶液中，剧烈搅拌1h；陈化3h后，得到SiO2‑
TiO2(NT)@TiO2(N)凝胶；
[0022](3)将SiO2‑
TiO2(NT)@TiO2(N)凝胶在105℃和空气气氛下干燥4h，然后在500℃和空气气氛下煅烧8h；将固体粉末研磨、过筛后，得到粒径100～150nm的超细粉体用作制备催化剂的SiO2‑
TiO2(NT)@TiO2(N)载体材料；
[0023]在所述步骤(1)、(2)中，所述剧烈搅拌是指搅拌转速大于200r/min；控制各物料的用量，使得最终获得的载体材料中SiO2、TiO2(NT)和TiO2(N)的质量占比满足所述要求。
[0024]本专利技术还提供了利用前述催化剂在在低温条件下协同催化脱除烟气中二次污染物的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能在低温条件下协同催化脱除烟气中二次污染物的催化剂，其特征在于，该催化剂包含杂化纳米钛包覆型载体材料和V、W、Ce的高价态活性组分；所述杂化纳米钛包覆型载体材料是指SiO2‑
TiO2(NT)@TiO2(N)载体材料，在催化剂中的质量百分比含量为76.0～98.5wt.％；其中，TiO2(N)是指纳米二氧化钛颗粒，其在载体材料中的质量占比为50.0～97.0wt.％，TiO2(NT)指二氧化钛纳米管，在载体材料中的质量占比为1.0～45.0wt.％；SiO2在载体材料中的质量占比为2.0～10.0wt.％；所述V、W、Ce的高价态活性组分，是指包含V
5+
/V
4+
/V
3+
、W
6+
/W
4+
和Ce
4+
/Ce
3+
各价态混合共存的活性组分，且V
5+
、W
6+
、Ce
4+
在各自元素中的占比至少分别超过65％、60％、60％；如将各价态活性组分折算为最高价态氧化物形式V2O5、WO3、CeO2，则各自在催化剂中的质量百分比含量分别为0.5～8.0wt.％、0.5～8.0wt.％、0.5～8.0wt.％。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂的结构造型为蜂窝式、三叶草式或波纹板式。3.权利要求1中所述催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按所述质量百分占比关系，称取SiO2‑
TiO2(NT)@TiO2(N)载体材料和V、W、Ce高价态活性组分的前驱体，研磨成粉末状并混合均匀；(2)以挤压成型的方式，获得立体结构造型的催化剂粗坯；(3)将催化剂粗坯干燥处理，然后进行煅烧处理，冷却后获得催化剂产品。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述高价态活性组分V的前驱体是偏钒酸铵或五氧化二钒中的至少一种。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述高价态活性组分W的前驱体是偏钨酸铵、仲钨酸铵、钨酸铵中的至少一种。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述高价态活性组分Ce的前驱体是硝酸铈(III)六水合物、硝酸铈(Ⅳ)、氧化铈或硝酸铈铵中的至少一种。7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在干燥处理时按以下升温程序执...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓东，林晓青，马云峰，赖健文，严建华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：