Fe-Mn超薄过渡金属氧化物纳米片低温SCR脱硝催化剂及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Fe

【技术实现步骤摘要】
Fe
‑
Mn超薄过渡金属氧化物纳米片低温SCR脱硝催化剂及制备方法


[0001]本专利技术涉及脱硝催化剂领域，尤其是涉及一种Fe
‑
Mn超薄过渡金属氧化物纳米片低温SCR脱硝催化剂及制备方法。

技术介绍

[0002]在空气质量问题上，氮氧化物(NOx)是关键的参与者之一，它引起了一系列的环境问题，如光化学烟雾、灰霾和酸雨等。如今环保压力日益严峻，国家对于烟气中NOx等污染物的控制愈发严格。虽新能源的普及率越来越高，但火电占据的比重仍然巨大，同时非电行业(钢铁、水泥、玻璃等)NOx减排也将成为重点。说明我国的脱硝市场还将不断扩大，作为选择性催化还原(selective catalytic reduction)脱硝技术核心的SCR催化剂需求也将扩大。
[0003]SCR脱硝催化剂诞生半个世纪之久，依然是主要的NOx控制手段，对其研发改进从未停止。传统钒钛体系的SCR催化剂渐渐难以满足实际应用要求，V2O5/TiO2和V2O5‑
WO3/TiO2等商用的SCR催化剂的工作温度范围为350～450℃。而烟气通过除尘和脱硫装置后，温度会降至150℃附近，为了达到最佳脱硝温度，同时避免烟气中的SO2与NH3反应生成NH4HSO4影响后续脱硝效率，则需要重新加热，这会造成巨大的能量消耗。
[0004]因此，更优性能的低温SCR技术的研究和开发已成为从烟气去除氮氧化物的重要发展方向。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种Fe
‑
Mn超薄过渡金属氧化物纳米片低温SCR脱硝催化剂及制备方法，其中制备的催化剂反应温度窗口宽，低温催化活性高，稳定性强，无毒无污染，同时具有拥有二维纳米结构的脱硝催化剂。
[0006]为促进SCR催化剂进一步推广，降低应用成本，申请人不断加强催化剂成型技术的研发，同时加快新型催化剂的改性研究，拓宽适用范围，延长使用寿命。
[0007]经长期的试验研究，申请人发现金属氧化物催化剂表现出良好的低温SCR脱硝活性。将铁锰等金属氧化物制成具有新型结构的负载型或复合型催化剂，可提高单一组分的催化活性，目前DeNOx
‑
SCR技术中最具应用潜力的催化剂之一。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]本专利技术的第一个目的是提供一种Fe
‑
Mn超薄过渡金属氧化物纳米片低温SCR脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1：制备PVP的水溶液；
[0011]S2：向反应容器中加入FeSO4·
7H2O和(CH3COO)2Mn
·
4H2O；
[0012]S3：将所述PVP的水溶液加入反应容器中，进行磁力搅拌，同时利用氮气对反应容器进行曝气，构建氮气氛围；
[0013]S4：在氮气氛围中向反应容器中加入NaBH4溶液，之后氮气停止通入，在空气中继
续搅拌，得到粗混液；
[0014]S5：将所述粗混液进行醇洗离心，并进行真空干燥，得到催化剂前驱体；
[0015]S6：煅烧所述催化剂前驱体，得到Fe
‑
Mn超薄过渡金属氧化物纳米片低温SCR脱硝催化剂成品。
[0016]进一步地，S1中，所述PVP的水溶液中PVP与水的比例为：每250ml水中溶解3～5gPVP试剂。
[0017]进一步地，S2中，FeSO4·
7H2O和(CH3COO)2Mn
·
4H2O的摩尔比为1:1。
[0018]进一步地，S3中，采用氮气曝气的时间为1h。
[0019]进一步地，S4中，加入的NaBH4溶液与FeSO4·
7H2O的摩尔比为3:1～4:1。
[0020]进一步地，S4中，氮气停止通入，在空气中继续搅拌24h，得到粗混液。
[0021]进一步地，S5中，将催化剂前驱体40℃进行真空干燥12h。
[0022]进一步地，S5中，催化剂前驱体的煅烧温度为200～300℃，煅烧时间为4h。
[0023]本专利技术的第一个目的是提供一种上述方法制备的Fe
‑
Mn超薄过渡金属氧化物纳米片低温SCR脱硝催化剂。
[0024]进一步地，所述催化剂在150℃条件下能够实现80％以上转化率的脱硝性能。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下技术优势：
[0026](1)本技术方案通过液相还原氧化法制备了高效的Fe
‑
Mn二维纳米催化剂，可在小于150℃就达到80％以上的脱硝性能，同时在200℃时催化效率接近100％，实现了在低温范围下对NO的高效脱除，可节约能源消耗，提高经济效益。
[0027](2)本技术方案中的制备方法增大了比表面积和孔径，可使气相反应中的反应物更好的吸附于催化剂表面活性位上，提高催化活性。
[0028](3)本技术方案中制备得到的催化剂产品无毒性，且在使用过程中没有产生有毒性的副产物，无二次污染，使用寿命得到提高，在反应过程中具有较好的抗水能力和高度的稳定性。
附图说明
[0029]图1：本技术方案中不同煅烧条件铁锰SCR催化剂的脱硝性能图。
[0030]图2：200℃煅烧Fe
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Mn氧化物催化剂的稳定性测试图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的制备手段、材料、结构或组成配比等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。
[0032]本技术方案中涉及的具体实验原料如下：
[0033]表1试剂药品明细
[0034][0035]实施例1：
[0036](1)取3～5g的PVP(聚乙烯吡咯烷酮)放入烧杯中，加入250ml去离子水进行超声，直至充分溶解。
[0037](2)取1.5～2mmol摩尔比为1:1的FeSO4·
7H2O和(CH3COO)2Mn
·
4H2O放入三口烧瓶中。
[0038](3)将上述PVP溶液加入三口烧瓶，利用进行磁力搅拌，同时利用氮气进行曝气1h。
[0039](4)在氮气氛围中匀速加入与FeSO4·
7H2O的摩尔比为3:1～4:1的新制备的NaBH4溶液，之后氮气停止通入，在空气中继续搅拌24h。
[0040](5)将样品利用乙醇进行醇洗若干次，于40℃进行真空干燥12h。
[0041]该催化剂的活性评价结果：
[0042]未煅烧的Fe
‑
Mn催化剂在当空速40000h
‑1、NO浓度500mg/m3、温度为250℃时取得最高催化活性为91.2％，T
80
的温度窗口为200℃
‑
325℃，参见图1。
[0043]实施例2：
[0044](1)取3～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Fe
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Mn超薄过渡金属氧化物纳米片低温SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：制备PVP的水溶液；S2：向反应容器中加入FeSO4·
7H2O和(CH3COO)2Mn
·
4H2O；S3：将所述PVP的水溶液加入反应容器中，进行磁力搅拌，同时利用氮气对反应容器进行曝气，构建氮气氛围；S4：在氮气氛围中向反应容器中加入NaBH4溶液，之后氮气停止通入，在空气中继续搅拌，得到粗混液；S5：将所述粗混液进行醇洗离心，并进行真空干燥，得到催化剂前驱体；S6：煅烧所述催化剂前驱体，得到Fe
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Mn超薄过渡金属氧化物纳米片低温SCR脱硝催化剂成品。2.根据权利要求1所述的一种Fe
‑
Mn超薄过渡金属氧化物纳米片低温SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，S1中，所述PVP的水溶液中PVP与水的比例为：每250ml水中溶解3～5gPVP试剂。3.根据权利要求1所述的一种Fe
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Mn超薄过渡金属氧化物纳米片低温SCR脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，S2中，FeSO4·
7H2O和(CH3COO)2Mn
·
4H2O的摩尔比为1:1，PVP与FeSO4·
7H2O的摩尔比为15:1～25:1。4.根据权利要求1所述的一种Fe
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晏乐，辛志玲，袁群富，叶凡平，彭静娜，王利克，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：