專利名稱：一種催化劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種催化劑及其制備方法，屬于大氣污染凈化技術領域。
背景技術：
氮氧化物(NOx)是主要的大氣污染物之一，主要導致光化學煙霧、酸雨和溫室效應 的環境危害。現在全球的NOx排放量已達35 58 Mt/a，其中95%以上來自化石燃料的燃 燒過程。NO排放量占燃燒煙氣中NOx排放總量的90% 95%。目前，國際上多采用氨選擇 性催化還原法對固定源廢氣中的NO進行凈化處理；對于硝酸廠的工業廢氣，常規的方法是 液體吸收，但此法只適合于NO2含量高的廢氣。對于NO含量高的工業廢氣，通常需要采用 氧化-吸收法由于NO難溶于水和堿液，而且無論用液體還是固體吸收劑都不易吸收，所以 要先把NO氧化成溶解度高的NO2，再用液體或固體吸收劑吸收。該法既實現了廢氣脫硝凈 化，也實現了 NO的回收利用。目前第二步的吸收技術已經成熟，而第一步把NO氧化為NO2 的氧化技術則是關鍵，也是難點。中國專利CN200710065784. 6中公開了一種以氧氣為氧化劑把NO催化氧化為NO2 的催化劑，該催化劑的主要原料為乙酸錳、聚乙二醇和高錳酸鉀，主要活性組分為無定形的 錳基納米型氧化物催化劑，其主要考察了聚乙二醇的百分比、醋酸錳的百分比、高錳酸鉀的 百分比、攪拌水浴溫度和干燥溫度對催化氧化效率的影響，研究結果顯示當催化反應溫度 為200°C即可獲得約70%的催化轉化效率，當溫度升至400°C時，尾氣中NO2/(NCHNO2)的比 值可高達92%。
發明內容
為解決催化效率低、低溫下NO難以氧化為NO2等問題，本發明在專利 CN200710065784.6的基礎上，提供一種催化劑，以進一步提高催化劑體系的低溫活性 (<150°C)，以將其用于燃煤電廠脫硫除塵之后的煙氣過程中。本發明的另一目的在于提供一種所述催化劑的制備方法。本發明提供這樣一種催化劑，由下列質量組分組成 Fe2O320 60%、
MnO220 60%、
Mn2O39. 7 30%、
Mn3O46 30%。本發明的第二個目的通過下列技術方案完成一種催化劑的制備方法，其特征在 于經過下列步驟
A.將二價錳鹽溶于水中制成濃度為0. 038 0. 14g/ml的二價錳鹽水溶液；將聚乙二 醇溶于水中，制成濃度為0. 016 0. 107g/ml的聚乙二醇水溶液；將高錳酸鉀和三價鐵鹽溶 于水中制成混合溶液，其中高錳酸鉀的濃度為0. 04 0. 12g/ml，三價鐵鹽的濃度為0. 1 0. 4g/ml ；B.將步驟A的各溶液分別置于30 80°C下，以60 100轉/分鐘的速度均勻攪拌；
C.在30 80°C下，將經步驟B攪拌均勻的聚乙二醇水溶液添加到二價錳鹽水溶液中， 以60 100轉/分鐘的速度均勻攪拌后，再向其中加入高錳酸鉀和三價鐵鹽的混合溶液， 使混合液中的高錳酸鉀和二價錳鹽中的錳離子之和與鐵離子的摩爾比為1.42:1 1:1，高 錳酸鉀與二價錳鹽的摩爾比例為4:1 0. 86:1，聚乙二醇的摩爾比是錳離子摩爾比與鐵離 子摩爾比總和的0. 21% 4% ；再持續攪拌2 6h，得到混合液；
D.用水將步驟C的混合液過濾洗滌直到pH值為5 7，過濾得到的固體物為催化劑的 前軀體；
E.將步驟D的催化劑前軀體置于80 120°C下干燥12 15h得固體物，之后將干燥 得到的固體物置于200 600°C下焙燒2 6h ；
F.將步驟E焙燒得到的固體物粉碎成40 60目的顆粒，得到錳鐵基納米氧化物催化 劑，該催化劑的質量組分為
Fe2O320 60%、
MnO220 60%、
Mn2O39. 7 30%、
Mn3O46 30%。所述步驟A和步驟D中水為蒸餾水。所述二價錳鹽為乙酸錳、硫酸錳或硝酸錳。所述三價鐵鹽為硝酸鐵或乙酸鐵。使用本發明的催化劑進行氧化NO的過程中，將含有一定比例NO的實驗氣體通入 放置有本發明所得催化劑的固定床層中，廢氣在催化劑的表面及內孔內吸附活化，與廢氣 中的氧氣發生反應，NO氧化為NO2實現低溫氧化，再進入吸收凈化裝置實現廢氣脫硝。本發明制備的催化劑與現有技術相比降低了氧化溫度、提高了氧化效率；本發明 主要考察錳元素與三價鐵元素的摩爾比例、高錳酸鉀與二價錳鹽的摩爾比例、聚乙二醇占 錳元素與三價鐵元素之和的摩爾百分比例、攪拌水浴溫度、干燥溫度、焙燒溫度、過渡金屬 鹽前軀體、攪拌速度和時間、PH值對催化劑催化氧化效率的影響。研究結果表明催化反應 溫度為100°C時尾氣中NO轉化為NO2的轉化率可達到91%。可見，本發明所得催化劑能提高 催化氧化效率和降低催化氧化反應溫度，與現有技術相比，采用本發明所得催化劑氧化N0， 具有以下優點和效果
(1)采用化學方法制備，所得催化劑具有較大的比表面積和孔容積，且催化劑的單位體 積密度大，含有多種氧化態，顆粒沒有形成結晶體，顆粒呈無定形結構。廢氣在催化劑表面 及內孔吸附活化，與廢氣中的氧氣發生反應，因此接觸面積大，催化氧化效率高。(2)該催化劑具有低溫催化活性，能用于有氧廢氣低溫排放源的NO的脫除，無需 高溫，無需添加氧化劑，節約能源，降低消耗與成本。(3)此催化劑相比貴金屬催化劑成本低，相比分子篩催化劑的相對用量小。(4)催化反應溫度為100°C時尾氣中NO轉化為NO2的轉化率可達到91%。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步描述。
A.將3. Ig的乙酸錳溶于80ml的蒸餾水中，制得濃度為0. 038g/ml的乙酸錳水溶 液；將1. 27g的聚乙二醇溶于30ml的蒸餾水中，制得濃度為0. 042g/ml的聚乙二醇水溶液； 將8g高錳酸鉀和25. 6g硝酸鐵共同溶于IOOml的蒸餾水中制成混合溶液，其中高錳酸鉀的 濃度為0. 08g/ml，硝酸鐵的濃度為0. 256g/ml ；
B.將步驟A的各溶液分別置于80°C下，以100轉/分鐘的速度均勻攪拌；
C.在80°C下，將經步驟B攪拌均勻的聚乙二醇水溶液添加到乙酸錳水溶液中，以100 轉/分鐘的速度均勻攪拌后，再向其中加入高錳酸鉀和硝酸鐵的混合溶液，使混合液中的 高錳酸鉀和乙酸錳中的錳離子之和與鐵離子的摩爾比為1 1，高錳酸鉀與乙酸錳的摩爾比 例為4 1，聚乙二醇的摩爾比是錳離子摩爾比與鐵離子摩爾比總和的1% ；再持續攪拌4h，得 到混合液；
D.用蒸餾水將步驟C的混合液過濾洗滌直到pH值為6，過濾得到的固體物為催化劑的 前軀體；
E.將步驟D的催化劑前軀體置于100°C下干燥14h得固體物，之后將干燥得到的固體 物置于400°C下焙燒4h;
F.將步驟E焙燒得到的固體物粉碎成40目的顆粒，得到錳鐵基納米氧化物催化劑，該 催化劑的質量組分為
權利要求
1. 一種催化劑，其特征在于由下列質量比的組分組成Fe2O320 60%、MnO220 60%、Mn2O39. 7 30%、Mn3O46 30%。
2. 一種如權利要求1所述催化劑的制備方法，其特征在于經過下列步驟A.將二價錳鹽溶于水中制成濃度為0.038 0. 14g/ml的二價錳鹽水溶液；將聚乙二 醇溶于水中，制成濃度為0. 016 0. 107g/ml的聚乙二醇水溶液；將高錳酸鉀和三價鐵鹽溶 于水中制成混合溶液，其中高錳酸鉀的濃度為0. 04 0. 12g/ml，三價鐵鹽的濃度為0. 1 0. 4g/ml ；B.將步驟A的各溶液分別置于30 80°C下，以60 100轉/分鐘的速度均勻攪拌；C.在30 80°C下，將經步驟B攪拌均勻的聚乙二醇水溶液添加到二價錳鹽水溶液中， 以60 100轉/分鐘的速度均勻攪拌后，再向其中加入高錳酸鉀和三價鐵鹽的混合溶液， 使混合液中的高錳酸鉀和二價錳離子之和與鐵離子的摩爾比為1.42:1 1:1，高錳酸鉀與 二價錳離子的摩爾比例為4 1 0. 86 1，聚乙二醇的摩爾比是錳離子摩爾比與鐵離子摩爾 比總和的0. 21% 4% ；再持續攪拌2 6h，得到混合液；D.用水將步驟C的混合液過濾洗滌至pH值為5 7，過濾得到的固體物為催化劑的前 軀體；E.將步驟D的催化劑前軀體置于80 120°C下干燥12 15h得固體物，之后將干燥 得到的固體物置于200 600°C下焙燒2 Mi ；F.將步驟E焙燒得到的固體物粉碎成40 60目的顆粒，得到錳鐵基納米氧化物催化 劑，該催化劑的質量組分為Fe2O320 60%、MnO220 60%、Mn2O39. 7 30%、Mn3O46 30%。
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于所述步驟中的水為蒸餾水。
4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于所述二價錳鹽為乙酸錳、硫酸錳或硝酸錳。
5.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于所述三價鐵鹽為硝酸鐵或乙酸鐵。
全文摘要
本發明提供一種催化劑及其制備方法，所述催化劑由下列質量比的組分組成Fe2O320~60%、MnO220~60%、Mn2O39.7~30%、Mn3O46~30%。通過將聚乙二醇水溶液在一定溫度下添加到二價錳鹽水溶液中，再加入高錳酸鉀和三價鐵鹽水溶液，攪拌得沉淀，過濾得到的固體物為催化劑的前軀體，干燥后再焙燒，將焙燒得到的固體物粉碎制備成顆粒，即得催化劑。本發明所得催化劑在反應溫度為100℃時尾氣中NO轉化為NO2的轉化率可達到91%；所得催化劑具有較大的比表面積和孔容積，催化氧化效率高；該催化劑具有低溫催化活性，能用于有氧廢氣低溫排放源的NO的脫除，無需高溫，無需添加氧化劑，節約能源，降低消耗與成本。
文檔編號B01J37/03GK102068994SQ20101058729
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月14日 優先權日2010年12月14日
發明者余瓊粉, 葉智青, 唐曉龍, 易紅宏, 李凱, 楊麗萍 申請人:昆明理工大學