一种协同脱除硝汞的三维多孔制造技术

本发明专利技术公开一种协同脱除硝汞的三维多孔结构抗硫催化剂及其制备方法，所述的催化剂是由

【技术实现步骤摘要】
一种协同脱除硝汞的三维多孔CuFeAlO
x
抗硫催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于多孔的复合金属氧化物催化剂制备领域，具体涉及一种协同脱除硝汞的三维多孔
CuFeAlO
x
抗硫催化剂及其制备方法
。

技术介绍

[0002]燃煤工业锅炉是
NO
x
和
Hg0排放的重要来源
。
排放到大气中的
NO
x
和
Hg0对生态环境和人体健康具有重要影响
。NO
x
是
O3污染
、PM
2.5
、
光化学烟雾等污染现象的重要前驱物
。
汞具有挥发性
、
高毒性和生物蓄积性等特点，会对自然环境和人体健康造成极大危害
。
因此，有效控制
NO
x
和
Hg0就显得尤为重要
。
[0003]NH3‑
SCR
是目前控制
NO
x
的主流技术
。
释放到大气中的汞通常是不溶于水的
Hg0。
研究人员发现，
SCR
催化剂可将
Hg0氧化为
Hg
2+
，生成的
Hg
2+
可由后续湿式烟气脱硫
(WFGD)
装置除去，从而达到脱除
Hg0的目的
。
与分别脱除
NO
和
Hg0相比，采用
NH3‑
SCR
技术协同控制
NO
和
Hg0不需要额外的设备投资和场地投资，是一项极具竞争力的技术
。
由于企业受生产需求的影响，其工业锅炉运行负荷波动较大，导致烟温变化较大，烟气中往往含有一定浓度的
SO2。
然而对于此类烟气，目前商用的催化剂存在一定的缺点，如活性窗口窄
、
催化剂
SO2中毒
、
钒具有生物毒性等
。
因此，开发宽温抗硫的无钒催化剂进行协同脱硝脱汞显得格外重要
。
[0004]近年来，铁基催化剂因其具有高载氧能力
、
无毒和价格优势等优点而受到广泛研究
。
但铁基催化剂在制备过程中容易形成氧化铁颗粒或团块，不利于
NH3‑
SCR
的效率
。
此外，在
300℃
以下，
SO2对铁基催化剂的性能影响较大
。
因此，拓宽铁基催化剂的温度窗，提高
NH3‑
SCR
催化剂的低温抗
SO2性能对其应用具有十分重要的意义
。
增加额外的组分或改变催化剂的结构是解决上述问题的策略
。
铜基催化剂在低温下表现出良好的催化活性
。
研究人员发现，铜和铁氧化物结合形成的催化剂可以显著提高催化活性，降低活性温度
。
催化剂的表面酸度和氧化还原能力对
NH3‑
SCR
催化剂的性能起着重要作用，是实现宽温度协同脱硝除汞的关键因素
。Al2O3分散性高，稳定性强，是一种酸性氧化物，常作为
NH3‑
SCR
的催化剂载体，在中高温下具有催化活性
。
通过在
CuO
‑
Fe2O3中掺杂
Al
离子，可以调节催化剂的表面酸度和氧化还原性，实现
NO
和
Hg0在宽温度下的协同控制
。
将
Al2O3与
CuO
‑
Fe2O3混合制备
CuO
‑
Fe2O3‑
Al2O3催化剂有望拓宽其温度窗口并优化其催化性能
。
然而，为了实现催化剂的工业应用，高抗硫催化剂仍然是研究的难点和重点
。
常见的两种
SO2中毒原因是
:1)
低温时硫氧化物和氨气生成硫酸铵盐类物质覆盖活性位点导致催化剂失活；
2)
在高温下，活性部位的金属氧化物硫酸盐化，导致催化剂中毒和失活
。
为了避免催化剂
SO2中毒，有必要在低温下抑制硫酸铵和在高温下抑制金属氧化物的硫化
。
研究发现多孔催化剂有利于硫酸铵的分解，可以显著提高催化剂的抗
SO2性能；而
CuO
可以作为牺牲活性位点优先与
SO2发生反应从而保护催化剂的活性位点
。
因此，本专利技术将以
Fe(NO3)3·
9H2O
，
Cu(NO3)2·
3H2O
，
Al(NO3)3·
9H2O
为催化剂的前驱体，
PMMA
为模板制备三维多孔
CuFeAlO
x
催化剂，制备的催化剂用于工业烟气中的
NO
选择性催化还原协同催化氧化
Hg0。

技术实现思路

[0005]对于上述选择性催化还原
NO
协同催化氧化
Hg0时
SO2中毒导致催化剂失活的问题，本专利技术提供一种协同脱除一氧化氮
(NO)
和汞
(Hg0)
的三维多孔抗硫催化剂及其制备方法，该催化剂由双模版法
(CTAB
为软模版，
PMMA
为硬模板
)
制备而成
。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0007]一种协同脱除硝汞的三维多孔
CuFeAlO
x
抗硫催化剂，所述催化剂由过渡金属
CuO、Fe2O3和
Al2O3组和而成，该催化剂记为
CuFeAlO
x
。
[0008]进一步地，所述催化剂由如下质量百分比的组成构成：
[0009]CuO
：6％～
12
％
(
更优选6％～8％
)
，
Fe2O3：
78
％～
84
％
(
更优选
82
％～
84
％
)
，余量为
Al2O3的质量百分比，三种组分的质量百分比之和为
100
％
。
[0010]进一步地，所述催化剂具有丰富的孔结构，其比表面积
、
总孔容和平均孔径分别为
30
～
80m2/g、0.05
～
0.2cm3/g、6
～
20nm。
[0011]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种协同脱除硝汞的三维多孔结构抗硫催化剂，其特征在于，所述催化剂由过渡金属
CuO、Fe2O3和
Al2O3组和而成，所述多孔催化剂记为
CuFeAlO
x
。2.
根据权利要求1所述的三维多孔结构抗硫催化剂，其特征在于，所述催化剂由如下质量百分比的组成构成：6％
≤CuO≤12
％
、78
％
≤Fe2O3≤84
％，余量为
Al2O3的质量百分比，三种组分的质量百分比之和为
100
％
。3.
根据权利要求1所述的协同脱除硝汞的三维多孔结构抗硫催化剂，其特征在于，所述催化剂具有丰富的孔结构，其比表面积
、
总孔容和平均孔径分别为
30
～
80m2/g
，
0.05
～
0.2cm3/g
，6～
20nm。4.
权利要求1至3所述的协同脱除硝汞的三维多孔结构抗硫催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
通过无皂乳液聚合法制备
PMMA
乳液，再使用恒温悬浮成膜法使
PMMA
溶液蒸发自组装制得
PMMA
胶体晶体硬模板；
(2)
以
CTAB
为软模版剂，与金属前驱体混合于乙醇溶液中形成胶束，在
CTAB
的作用下金属盐分子按照一定序列分布形成介孔，得到
CTAB
辅助的金属前驱体溶液；
(3)
将步骤
(2)
中制备的金属前驱体溶液浇筑在2～
5g
步骤
(1)
所制备的
PMMA
硬模板上，使溶液填充
PMMA
模板的空隙，浇筑以后进行真空干燥，使溶液更全面的填充空隙，干燥后对其进行煅烧处理，将
CTAB
和
PMMA
模板烧掉，最终得到具有大孔结构以及介孔壁的金属氧化物，即得到三维多孔结构催化剂
。5.
根据权利要求4所述的三维多孔催化剂的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
所述
PMMA
模板的具体制备方法是：将
110
～
115ml
含有质量百分比
0.03
％对羟基苯甲酸的甲基丙烯酸甲酯加入到
1000
～
1500ml
去离子水中搅拌均匀，聚合温度为控制
70
±
1℃
，持续向反应装置中通入
N2保持反应在无氧条件下进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵令葵，蓝扬，张俊丰，黄妍，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：