本发明专利技术公开了一种三维纳米结构钒酸盐整体式脱硝催化剂，其特征在于，该脱硝催化剂在金属丝网上原位生长、由纳米片组装成三维立体结构。本发明专利技术还公开了一种三维纳米结构钒酸盐整体式脱硝催化剂的制备方法及其应用。该催化剂采用水热法制备，将金属丝网置入一定pH值范围的偏钒酸盐溶液中，在水热条件下原位生长得到三维片状结构钒酸盐脱硝催化剂。本发明专利技术催化剂具有热响应速度良好、热稳定性高、工作温度窗口宽、制备工艺简单、无需成型、成本低等优点，实用于各种尾气中氮氧化物的处理。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种三维纳米结构钒酸盐整体式脱硝催化剂，其特征在于，该脱硝催化剂在金属丝网上原位生长、由纳米片组装成三维立体结构。本专利技术还公开了一种三维纳米结构钒酸盐整体式脱硝催化剂的制备方法及其应用。该催化剂采用水热法制备，将金属丝网置入一定pH值范围的偏钒酸盐溶液中，在水热条件下原位生长得到三维片状结构钒酸盐脱硝催化剂。本专利技术催化剂具有热响应速度良好、热稳定性高、工作温度窗口宽、制备工艺简单、无需成型、成本低等优点，实用于各种尾气中氮氧化物的处理。【专利说明】三维纳米结构钒酸盐整体式脱硝催化剂、制备方法及应用
本专利技术涉及化学纳米催化剂领域，具体涉及一种用于烟气中NH3-SCR脱硝的纳米结构钒酸盐整体式催化剂、该催化剂的制备方法及应用。
技术介绍
氮氧化物(NOx)是引起酸雨和光化学烟雾等破坏地球生态环境和损害人体身体健康的主要污染气体之一。近几年来，全国氮氧化物排放量呈增长趋势；例如，2011年全国氮氧化物排放量达到2404.3万吨，其中工业和机动车氮氧化物排放占主导，分别占排放总量的71.9%和26.5%。因此，控制固定源和移动源的氮氧化物排放是关键，且迫在眉睫。NOx主要以NO形式存在，故NO的转化是烟气脱硝的关键。氨选择性催化还原(NH3-SCR)是目前国际上应用最广的主流烟气脱硝技术，在催化剂的作用下，NO与还原剂NH3发生如下反应:4NH3 + 4N0 + O2 — 4N2 + 6H20。传统NH3-SCR脱硝技术主要基于钒钛系催化剂如V205/Ti02和V205/W03/Ti02等，这些催化剂在实际应用时必须担载在一些成型的载体上。目前使用最多的载体是蜂窝陶瓷或者活性炭，这些载体热响应慢、传质性能低、易受粉尘等影响、使用寿命短。金属载体具有排气阻力小、热导率高、热熔小等优点，近年来得到较多关注。中国专利CN100455352C和中国专利CN102166515A提到用附着氧化铝涂层的蜂窝状金属丝网负载TiO2或评03-1102，煅烧后浸溃活性组分，再次煅烧后得到产物。但这些方法仍然涉及到催化剂活性组分的二次负载，具有步骤繁琐、处理成本高、催化剂易脱落等缺点。本 申请人:前期公布了一种网络状多元复合氧化物整体式脱硝催化剂的制备方法(中国专利CN102580763A)，该方法在金属丝网上原位生长了具有催化活性的花状结构多元复合金属氧化物。该催化剂具有活性组分分布均匀、制备工艺简单、成本低、无需成型等优点。因此，原位制备基于金属丝网的脱硝催化剂具较好的实用价值。此外，中国专利(201210540830.4)公开了一种可用于固定源和移动源NH3-SCR的氧化钛负载型钒酸铁催化剂，其结合了钒基和铁基催化剂的优点，具有优异的活性、选择性、热稳定性和抗SO2中毒性能。因此，基于钒酸盐的脱硝催化剂值得进一步拓展，而将钒酸盐脱硝催化剂原位生长到金属丝网上构筑整体式脱硝催化剂还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术不足，提供一种三维纳米结构钒酸盐整体式脱硝催化剂，该催化剂结合了金属丝网、原位制备技术和钒酸盐脱硝催化剂的优点，具有廉价、高活性、选择性和热稳定性等优点，可以用于各类烟气中的氮氧化物的脱除。本专利技术还提供该催化剂的制备方法及应用。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案为: 一种纳米钒酸盐低温脱硝催化剂，采用水热法原位生长在金属丝网上，其反应的溶液由偏钒酸盐，酸和氨水制成，摩尔比为:1.0:0-1.0:0-1.0。所述的纳米片结构为规整的立方状，厚度500 nnT5Mm，边长0.5^50Mm ;所述的纳米片结构还可以为不规则结构，厚度100ηπ-20μπι，直径0.5~300Mm。所述偏钒酸盐为偏钒酸铵、偏钒酸钠和偏钒酸钾其中一种；所述酸为HC1、ΗΝ03、H2SO4和H2C2O4,其浓度0.1M ;所述氨水质量浓度为25.0-28.0%。所述金属丝网为铁丝网或铜丝网，目数为40-100目。一种上述纳米钒酸盐低温脱硝催化剂的制备方法，其包括以下步骤: Cl)按摩尔比为1.0:0-1.0:0-1.0，准备偏钒酸盐，酸和氨水； (2)将金属丝网用乙醇、盐酸(0.1M)和去离子水依次超声清洗各15分钟； (3)将步骤(1)所称量的偏钒酸盐溶于10-45mL去离子水中得到金属盐溶液，用步骤(I)所称量的酸和氨水调整溶液pH值； (4)将步骤(3)所制得的溶液转入到60mL聚四氟乙烯釜衬中，并放入洗净的金属丝网，然后将聚四氟乙烯釜衬置于反应釜中，在140-180oC条件下，保持6-24小时后自然降温； (5)将步骤(4)反应完成后的金属丝网取出，用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，然后在烘箱中烘干6-18小时，得到三维纳米结构钒酸盐； (6)将步骤(5)制得的三维纳米结构钒酸盐置于管式炉中，在空气气氛下，以1-10°C/min升温至300-500 °C，保温2_8小时后，随炉温冷却至室温，得到三维纳米结构钒酸盐整体式脱硝催化剂。所述偏钒酸盐为偏钒酸铵、偏钒酸钠和偏钒酸钾其中一种，优选偏钒酸铵。所述酸为HCl、HNO3> H2SO4 和 H2C2O4,其浓度 0.1M ； 所述氨水质量浓度为25.0-28.0% ;所述调整pH值范围为6.0-11.0。所述金属丝网为铁丝网或铜丝网，目数为40-100目。根据上述三维纳米结构钒酸盐整体式脱硝催化剂的应用，将催化剂放入固定床石英管反应器，在烟气中，空速为30000 1^,100-4001:条件下进行NH3-SCR脱硝反应；其中烟气为N2、02、NO和NH3，其中NO体积浓度为550ppm，NH3体积浓度为550ppm，O2浓度为3%，平衡气为N2。本专利技术的有益效果是: (I)本专利技术将金属丝网、原位制备技术和钒酸盐脱硝催化剂的优点有机结合起来，传质导热好，采用水热法直接将钒酸盐生长在金属丝网上，无需后续成型步骤，造价低廉、催化剂牢固。(2)本专利技术制备的钒酸盐为纳米片组装成的三维结构，该结构有利于传质。(3)此外，与具有较低熔点的V2O5活性组分(约690°C)比，钒酸盐具有更高的热稳定性(如钒酸铁的熔点约为850°C，钒酸铜的熔点约为780°C)，有利于活性组分的稳定和高温热冲击。【专利附图】【附图说明】图1和图2为本专利技术实施例2所得三维纳米结构钒酸铁整体式脱硝催化剂的扫描电镜(SEM)照片； 图3和图4为本专利技术实施例3所得三维纳米结构钒酸铁整体式脱硝催化剂的扫描电镜(SEM)照片； 图5和图6为本专利技术实施例4所得三维纳米结构钒酸铁整体式脱硝催化剂的扫描电镜(SEM)照片； 图7和图8为本专利技术实施例5所得三维纳米结构钒酸铜整体式脱硝催化剂的扫描电镜(SEM)照片。图9和图10为本专利技术实施例6所得三维纳米结构钒酸铜整体式脱硝催化剂的扫描电镜(SEM)照片。【具体实施方式】实施例1:本实施例提供一种三维纳米结构钒酸盐整体式脱硝催化剂，在金属丝网上采用水热法原位生长钒酸铁纳米结构，水热反应的溶液由偏钒酸盐，酸和氨水制成，摩尔为:1.0:0-1.0:0-1.0。所述纳米钒酸盐结构式为MxVOy，其中M为铁Fe或者铜Cu，结构为规整的立方状纳米片，厚度500 nm-5μm，边长0.5~50μm ;结构还可以本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三维纳米结构钒酸盐整体式脱硝催化剂，其特征在于，所述纳米钒酸盐在金属丝网上原位生长，结构式为MxVOy，其中M为Cu或Fe，且为纳米片组装成的三维结构。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：张登松，黄垒，施利毅，徐静，李红蕊，张剑平，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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