【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化剂与环境保护，具体涉及一种锰基多元超低温脱硝催化剂及其制备方法、应用。
技术介绍
1、过量排放nox(氮氧化物)会对人体和自然环境造成许多危害。对人体而言nox可引发许多病症如支气管炎、肺水肿等；nox与碳氢化合物在太阳照射下会发生一系列反应，产生如臭氧等二次污染物；氮氧化物促使生成酸雨从而对植被、土壤、湖泊造成破坏；此外，氮氧化物还会导致臭氧层的受损，以及造成温室效应等。因此，控制向大气排放nox，具有深远的影响。
2、如今大部分nox的产生与人类的工业生产以及汽车动力所需的化石燃料的燃烧有关。其中工业过程产生的烟气，特别是发电厂的燃料燃烧，被认为是nox的主要来源。降低nox排放的常用方法是利用选择性催化还原法(scr)，即在催化剂存在的情况下用还原剂，如nh3等，将nox选择性还原为无污染的n2。该方法技术发展较为成熟，已实现工业应用的v2o5基催化剂在300-400℃催化nox还原，可实现高效转化率；但v2o5催化剂存在易挥发流失导致的催化效率降低、污染环境等问题，较高的使用温度也增加了整体工艺的运行成本。
3、近年来，低温脱硝催化剂成为了研究热门。但已开发的低温脱硝催化剂的工作温度窗口多在180℃以上，而含氮氧化物的尾气经过除尘、脱硫处理后，温度大幅下降，多在150℃左右甚至更低，为了与催化剂工作温度相匹配，往往需要额外加装尾气预热/换热装置，这无形中增加了脱硝的运行成本。而超低温脱硝催化剂(工作温度≤150℃)不仅能够降低使用能耗、节约成本，还具有环境适用性，故而成为了研发的
4、常用的超低温脱硝催化剂为锰基多金属元素复合催化剂。多金属复合的scr催化剂的结构性质、氧化还原能力、催化反应机理等受到制备方法的影响，并由此进一步影响催化剂的scr活性。锰基脱硝催化剂的制备方法有沉淀法、浸渍法、溶胶凝胶法等，比如专利cn108993528a采用浸渍法制备铁改性的mncocefe超低温脱硝催化剂，该催化剂以二氧化钛和多孔硅胶球作为复合载体，在146℃时其催化脱硝活性为90％；专利cn102019187a以负载tio2-sio2涂层的堇青石蜂窝陶瓷为载体，以mn、fe、ce、zr、w等元素为活性物质，该催化剂以沉淀法制备，但超低温活性较差，在120℃时no转化率只有约54.4％；现有的超低温scr催化剂的最适脱硝温度多在100～150℃附近，进一步降低温度，会显著影响催化剂性能。因此，仍需改性以提高催化剂在更低温度环境下的脱硝性能。
5、通过添加单一载体或复合载体是一种常见的增加催化剂的比表面积从而改善催化活性的方法，比如专利cn105289644a专利技术了一种平板式抗硫低温scr脱硝催化剂，其以重量百分比为65-80％的ce-zro2复合氧化物为载体，可用于80-150℃超低温脱硝；专利cn109876856a专利技术了以tio2-分子筛复合物为载体的一种低温烟气脱硝催化剂；专利cn103638942a专利技术了一种催化剂主要以二氧化钛(tio2)、三氧化铝(al2o3)和二氧化锆(zro2)中的一种或多种组配的粉体制备的载体。
6、此外，多金属掺杂也是一种常见的提高催化剂超低温活性的手段，然而多金属掺杂的催化剂中各组分的分散性又会影响多元复合催化剂的脱硝性能。为了提高分散性，有研究通过超声对催化剂进行改性，比如勇晓龙等的研究，超声对mnox/tio2低温scr脱硝催化剂性能的影响(安徽化工第46卷，第5期2020年)，邓红等的研究：超声浸渍法制备吗啉催化剂及其催化性能(化工进展第34卷，第2期2015年)等研究，都是在浸渍法中提高负载和分散性。值得注意的是，传统浸渍法的焙烧过程中低价锰盐容易直接在载体表面分解并团聚形成较大颗粒。
7、有鉴于此，亟需开发一种提高脱硝催化剂的超低温脱硝活性的催化剂制备方法及催化剂，以满足市场及工业化的需求。
技术实现思路
1、针对现有技术中的不足，本专利技术公开一种锰基多元超低温脱硝催化剂及其制备方法、应用，所述锰基多元超低温脱硝催化剂在50℃条件下对nox的脱除率为可达到86％，在75℃条件下对nox的脱除率达到了98％，具有极佳的超低温活性。
2、为了实现以上技术目的，一方面，本专利技术提出一种锰基多元超低温脱硝催化剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
3、(1)向包含锶源、锆源和镧源的助剂前驱体溶液中加入有机溶剂、分散剂，混合均匀后加入沉淀剂进行沉淀反应，反应完成后的物料经首次超声处理得到助剂前驱体；
4、(2)所述助剂前驱体经煅烧后得到催化剂助剂对应氧化物；
5、(3)将锰源、铁源及所述催化剂助剂对应氧化物分散于纯水或去离子水中，经间歇超声处理、老化处理得到催化剂前驱体；
6、(4)所述催化剂前驱体经低温煅烧得到所述锰基多元超低温脱硝催化剂。
7、上述技术方案通过多个技术特征的协同配合促进提升催化剂在超低温条件下催化性能：
8、首先，基于大量实验数据，本专利技术选择过渡金属锰和铁元素作为活性组分，并以锶、锆和镧元素作为助剂进行共掺杂，通过锰、铁元素的协同作用达到良好分散效果、以及活性组分与助剂的相互作用，提升了所催化反应的nox脱除率。
9、进一步地，本专利技术研发团队经研究发现，提高脱硝催化剂中活性组分锰、铁的高价态含量有利于促进提高脱硝催化剂的催化活性，相比传统助剂元素与活性组分共沉淀的催化剂制备方法，本专利技术采用“沉淀-浸渍”相结合的制备工艺，设置了助剂与活性金属分步煅烧的操作方式，从而可在实际工艺过程中在步骤(2)和步骤(4)分别采用不同的温度进行助剂前驱体和催化剂前驱体的煅烧，由此既可避免传统共沉淀法中活性组分随助剂元素进行高温煅烧导致的结焦工况，也便于在不同阶段、尤其是催化剂前驱体煅烧时选择合适的煅烧温度，以增加主活性元素中的高价态锰和铁的相对含量并进一步形成锰氧化物的无定形态，提高催化剂脱硝活性。
10、另外，本专利技术研发团队经探索实验发现锰和铁元素的煅烧温度相近，因而本专利技术采用锰、铁作为催化剂活性组分提高了制备工艺的可操作性，亦有利于获得催化性能更佳的催化剂。
11、上述技术方案通过多个协同技术特征改善了所制得催化剂的物理结构特征、进一步提升催化剂的低温催化性能：
12、在所述沉淀工序中，向助剂前驱体溶液中加入有机溶剂可为沉淀反应体系提供合适的黏度，由于混合溶液的黏度会对体系中离子的扩散速率以及沉淀的反应造成影响，进而调控离子扩散速率和沉淀速率；而分散剂的添加可促进助剂元素充分分散从而有利于得到反应充分、元素分布更均匀的催化剂助剂；此外，沉淀工序还对沉淀反应后的物料进行首次超声操作，借助超声波产生的瞬态空化作用，有效抑制晶核的聚集，形成剧烈的冲击和物理搅拌效果会显著提高助剂的沉淀中各元素的分散性，可以配合分散剂提供更好的分散效果。
13、在所述浸渍工序，本专利技术辅以间歇超声处理既可通过充分的超声时间使得主活性组分可充分浸入助剂内外，以达到更好的活性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锰基多元超低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的锰基多元超低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述催化剂以金属元素计，锰源、铁源、锶源、锆源及镧源的摩尔比为60：(10-40)：(2-20)：
3.根据权利要求1所述的锰基多元超低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括正丁醇、正丙醇、丙三醇中的至少一种；
4.根据权利要求1所述的锰基多元超低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述分散剂包括磺化聚苯乙烯、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺中的至少一种；
5.根据权利要求1所述的锰基多元超低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂包括碱性碳酸盐的水溶液；
6.根据权利要求1所述的锰基多元超低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中沉淀反应完成后的物料的pH值为9-11；
7.根据权利要求1所述的锰基多元超低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中间歇超声的功率为50-100w，每超声30-90min、停止15-25min，间歇处理3
8.一种锰基多元超低温脱硝催化剂，其特征在于，所述锰基多元超低温脱硝催化剂采用权利要求1-7任一项所述的锰基多元超低温脱硝催化剂的制备方法制得。
9.一种锰基多元超低温脱硝催化剂，其特征在于，所述催化剂以金属元素计，锰、铁、锶、锆及镧的摩尔比为60：(10-40)：(2-20)：(3-14)：(1-10)，优选60：
10.权利要求8或9所述的锰基多元超低温脱硝催化剂在NH3-SCR中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种锰基多元超低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的锰基多元超低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述催化剂以金属元素计，锰源、铁源、锶源、锆源及镧源的摩尔比为60：(10-40)：(2-20)：
3.根据权利要求1所述的锰基多元超低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括正丁醇、正丙醇、丙三醇中的至少一种；
4.根据权利要求1所述的锰基多元超低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述分散剂包括磺化聚苯乙烯、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺中的至少一种；
5.根据权利要求1所述的锰基多元超低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂包括碱性碳酸盐的水溶液；
6.根据权利要求1所述的锰基多元超低温脱硝...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘林林，冯传密，涂洵，付祝跃，张清杰，
申请(专利权)人：辰聚苏州科创发展有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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