一種低溫寬活性溫度窗口的脫硝催化材料的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種低溫寬活性溫度窗口的脫硝催化材料的制備方法，屬于環境材料，環境催化及環境保護領域。本發明是以硫酸法生產鈦白的中間產物偏鈦酸為載體前驅體，錳氧化物為活性組分，添加氧化鎳助劑。制備方法采用沉淀法，在偏鈦酸懸濁液中加入乙酸錳溶液，用尿素、氨水、雙氧水調節pH至沉淀完全，再經離心分離，水洗，醇洗，干燥，焙燒制得低溫催化材料。所述的催化材料的制備方法成本低，流程短，且低溫脫硝率高，活性溫度窗口寬，適用于工業化生產。所制備的催化材料在120℃～260℃脫硝率可達90％以上，最高可達99.7％。
【專利說明】一種低溫寬活性溫度窗口的脫硝催化材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于環境催化材料及環境保護領域，具體為一種低溫寬活性溫度窗口的脫硝催化材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]氮氧化物(NOx)是大氣中的常見污染物，對大氣的污染主要是形成酸雨、光化學煙霧、PM2.5、以及破壞臭氧層等。此外NOx對人體的呼吸系統及神經中樞也有較嚴重的危害。
[0003]根據相關資料顯示，2012年我國氮氧化物的排放總量為2337.8萬噸，其來源主要包括工業源、生活源、機動車源和集中式。其中，工業氮氧化物排放量1658.7萬噸，占全國氮氧化物排放總量的70.9%，；相比2011年全國氮氧化物排放總量2404萬噸只有少量減少，而這與我國“十二五”規劃制定的到2015年氮氧化物排放總量下降13%的目標還有很大差距。
[0004]選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduct1n, SCR)是目前最重要的一種煙氣脫硝方法。其以氨水或尿素為脫硝劑，在吸收塔內的催化材料作用下作催化選擇吸收。煙氣脫硝的商業SCR催化材料的組成為V2O5 (WO3) /T12 (銳鈦礦)，但是運行溫度一般在350?400°C，催化材料成本高，要求溫度高，活性窗口窄，因此給SCR的工業應用帶來了困難。因此研發具有低成本，低溫，寬活性溫度窗口的催化材料是關鍵，響應了當前的NOx化物的減排政策，也對我國國民經濟高速發展及綠色的生態環境建設具有重大的意義。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供適用于工業窯爐的一種低溫寬活性溫度窗口的脫硝催化材料的制備方法。
[0006]一種低溫寬活性溫度窗口的脫硝催化材料的制備方法，其特征在于步驟如下:
[0007]將偏鈦酸加入水，攪拌形成均勻的懸濁液；將乙酸錳和硝酸鎳分別溶于水，攪拌使溶液混合均勻；將乙酸錳溶液和硝酸鎳溶液加入偏鈦酸的懸濁液中，磁力攪拌15?45min，加熱至80?95°C;加入尿素溶液,磁力攪拌15?60min ;加入氨水,至pH = 10?11,磁力攪拌15?60min后冷卻，再加入雙氧水至懸池液顏色不再發生變化,磁力攪拌15?60min后冷卻；離心分離出底部沉淀，水洗，醇洗；75?105°C干燥10?15h ;450?650°C焙燒2?4h制得催化材料粉末。
[0008]本發明的脫硝率測試是將制得的催化材料粉末經造粒，取40?60目的顆粒，量取3ml，在以NH3為還原氣體時，NO濃度為lOOOppm，NH3濃度為lOOOppm，O2含量為5%，載氣都為N2，氣體流速2000ml/min，反應空速為2700(?'在90°C?350°C溫度條件下反應，本發明制備的催化材料NOx轉化率最高可達99.7%。
[0009]進一步，所述步驟中原料分別為偏鈦酸、乙酸錳、硝酸鎳，各元素的摩爾比為Ti:Mn:Ni = 1:0.4 ?0.5:0 ?0.15。
[0010]進一步，所述步驟中所用的沉淀劑包括尿素、氨水、雙氧水三種。其中偏鈦酸:尿素:雙氧水的摩爾比=1:0.4?1.2:0.5?2。
【具體實施方式】
[0011]實施例一:
[0012]摩爾比為Ti:Mn = I:0.4的低溫寬活性溫度窗口的脫硝催化材料的制備方法步驟如下:
[0013]將20g偏鈦酸將加入300g水，攪拌形成均勻的懸濁液；將乙酸錳23.174g溶于60g水，攪拌使溶液混合均勻；將乙酸錳溶液加入偏鈦酸的懸濁液中，磁力攪拌30min，加熱至950C ;加入尿素2mol/L尿素溶液100ml，磁力攪拌25min后，再加入質量百分含量25%的氨水180g，至pH = 11，磁力攪拌30min后，再加入質量百分含量30%的H2O2 50g，磁力攪拌45min后冷卻；離心分離出底部沉淀，水洗，醇洗；100°C干燥13h ;450°C焙燒3h制得催化材料粉末。
[0014]脫硝率測試:將制得的催化材料粉末經造粒，取40?60目的顆粒，量取3ml，在以NH3為還原氣體時，NO濃度為lOOOppm，NH3濃度為lOOOppm，O2含量為5%，載氣都為N2，氣體流速2000ml/min，反應空速為2700(?'在90°C?350°C溫度條件下反應，催化材料的脫硝率最高可達99.7%，在130°C?360°C脫硝率可達80%以上，在140°C?330°C脫硝率可達90%以上。
[0015]實施例二:
[0016]摩爾比為Ti:Mn:Ni = I:0.4:0.05的低溫寬活性溫度窗口的脫硝催化材料的制備方法步驟如下:
[0017]將20g偏鈦酸將加入300g水，攪拌形成均勻的懸濁液；將乙酸錳23.174g溶于60g水，硝酸鎳3.472g溶于30g水，分別攪拌使溶液混合均勻；將乙酸錳溶液和硝酸鎳溶液加入偏鈦酸的懸濁液中，磁力攪拌25min，加熱至80°C;加入尿素2mol/L尿素溶液10ml，磁力攪拌15min后,再加入質量百分含量25%的氨水118g,至pH = 10,磁力攪拌30min后,再加入質量百分含量30%的H2O2 20g，磁力攪拌60min后冷卻；離心分離出底部沉淀，水洗，醇洗；750°C干燥15h ;450°C焙燒4h制得催化材料粉末。
[0018]脫硝率測試:將制得的催化材料粉末經造粒，取40?60目的顆粒，量取3ml，在以NH3為還原氣體時，NO濃度為lOOOppm，NH3濃度為lOOOppm，O2含量為5%，載氣都為N2，氣體流速2000ml/min，反應空速為2700(?'在90°C?350°C溫度條件下反應，催化材料的脫硝率最高可達94.1%，在150°C?310°C脫硝率可達80%以上。
[0019]實施例三:
[0020]摩爾比為Ti:Mn:Ni = I:0.4:0.1的低溫寬活性溫度窗口的脫硝催化材料的制備方法步驟如下:
[0021]將20g偏鈦酸將加入300g水，攪拌形成均勻的懸濁液；將乙酸錳23.174g溶于60g水，硝酸鎳6.944g溶于30g水，分別攪拌使溶液混合均勻；將乙酸錳溶液和硝酸鎳溶液加入偏鈦酸的懸池液中，磁力攪拌15min,加熱至90°C ;加入尿素2mol/L尿素溶液100ml,磁力攪拌15min后，再加入質量百分含量25%的氨水99.3g，至pH = 11，磁力攪拌60min后，再加入質量百分含量30%的H2O2 30g，磁力攪拌15min后冷卻；離心分離出底部沉淀，水洗，醇洗；75°C干燥15h ;550°C焙燒3h制得催化材料粉末。
[0022]脫硝率測試:將制得的催化材料粉末經造粒，取40?60目的顆粒，量取3ml，在以NH3為還原氣體時，NO濃度為lOOOppm，NH3濃度為lOOOppm，O2含量為5%，載氣都為N2，氣體流速2000ml/min，反應空速為2700(?'在90°C?350°C溫度條件下反應，催化材料的脫硝率最高可達96.7%，在130°C?320°C脫硝率可達80%以上。
[0023]實施例四:
[0024]摩爾比為Ti:Mn:Ni = I:0.4:0.15的低溫寬活性溫度窗口的脫硝催化材料的制備方法步驟如下:
[0025]將20g偏鈦酸將加入300g水，攪拌形成均勻的懸濁液；將乙酸錳23.174g溶于60g水，硝酸鎳10.416g溶于30g水，分別攪拌使溶液混合均勻；將乙酸錳溶液和硝酸鎳溶液加入偏鈦酸的懸池液中，磁力攪拌45min,加熱至85°C ;加入尿素2mol/L尿素溶液100ml,磁力攪拌60min后，再加入質量百分含量25 %的氨水111.3g，至pH = 11，磁力攪拌30min后，再加入質量百分含量30%的H2O2 20g，磁力攪拌30min后冷卻；離心分離出底部沉淀，水洗，醇洗；80°C干燥14h ;650°C焙燒2h制得催化材料粉末。
[0026]脫硝率測試:將制得的催化材料粉末經造粒，取40?60目的顆粒，量取3ml，在以NH3為還原氣體時，NO濃度為lOOOppm，NH3濃度為lOOOppm，02含量為5%，載氣都為N2，氣體流速2000ml/min，反應空速為2700(?'在90°C?350°C溫度條件下反應，催化材料的脫硝率最高可達98.1%，在130°C?340°C脫硝率可達80%以上，在170°C?290°C脫硝率可達90%以上。
[0027]實施例五:
[0028]摩爾比為Ti:Mn = I:0.5的低溫寬活性溫度窗口的脫硝催化材料的制備方法步驟如下:
[0029]將20g偏鈦酸將加入300g水，攪拌形成均勻的懸濁液；將乙酸錳28.967g溶于60g水，攪拌使溶液混合均勻；將乙酸錳溶液加入偏鈦酸的懸濁液中，磁力攪拌30min，加熱至90°C ;加入尿素2mol/L尿素溶液100ml，磁力攪拌30min后，再加入質量百分含量25%的氨水180g，至pH = 10，磁力攪拌45min后，再加入質量百分含量30%的H2O2 58g，磁力攪拌25min后冷卻；離心分離出底部沉淀，水洗，醇洗；90°C干燥13h ;450°C焙燒3h制得催化材料粉末。
[0030]脫硝率測試:將制得的催化材料粉末經造粒，取40?60目的顆粒，量取3ml，在以NH3為還原氣體時，NO濃度為lOOOppm，NH3濃度為lOOOppm，O2含量為5%，載氣都為N2，氣體流速2000ml/min，反應空速為2700(?'在90°C?350°C溫度條件下反應，催化材料的脫硝率最高可達97.3%，在120°C?280°C脫硝率可達80%以上。
[0031]實施例六:
[0032]摩爾比為Ti:Mn:Ni = I:0.5:0.1的低溫寬活性溫度窗口的脫硝催化材料的制備方法步驟如下:
[0033]將20g偏鈦酸將加入300g水，攪拌形成均勻的懸濁液；將乙酸錳28.967g溶于60g水，硝酸鎳6.944g溶于30g水，分別攪拌使溶液混合均勻；將乙酸錳溶液和硝酸鎳溶液加入偏鈦酸的懸池液中，磁力攪拌30min,加熱至95°C;加入尿素2mol/L尿素溶液100ml,磁力攪拌30min后,再加入質量百分含量25%的氨水180g,至pH = 11,磁力攪拌30min后,再加入質量百分含量30%的H2O2 50g，磁力攪拌30min后冷卻；離心分離出底部沉淀，水洗，醇洗；100°C干燥13h ;450°C焙燒3h制得催化材料粉末。
[0034]脫硝率測試:將制得的催化材料粉末經造粒，取40?60目的顆粒，量取3ml，在以NH3為還原氣體時，NO濃度為lOOOppm，NH3濃度為lOOOppm，O2含量為5%，載氣都為N2，氣體流速2000ml/min，反應空速為2700(?'在90°C?350°C溫度條件下反應，催化材料的脫硝率最高可達99%，在110°C?300°C脫硝率可達80%以上，在120°C?260°C脫硝率可達90%以上。
[0035]實施例七:
[0036]摩爾比為Ti:Mn:Ni = I:0.5:0.15的低溫寬活性溫度窗口的脫硝催化材料的制備方法步驟如下:
[0037]將20g偏鈦酸將加入300g水，攪拌形成均勻的懸濁液；將乙酸錳28.967g溶于60g水，硝酸鎳10.416g溶于30g水，分別攪拌使溶液混合均勻；將乙酸錳溶液和硝酸鎳溶液加入偏鈦酸的懸濁液中，磁力攪拌35min，加熱至90°C ;加入尿素2mol/L尿素溶液100ml，磁力攪拌30min后，再加入質量百分含量25 %的氨水180g，至pH = 11，磁力攪拌25min后，再加入質量百分含量30%的H2O2 50g，磁力攪拌30min后冷卻；離心分離出底部沉淀，水洗，醇洗；105°C干燥Ilh ;450°C焙燒3h制得催化材料粉末。
[0038]脫硝率測試:將制得的催化材料粉末經造粒，取40?60目的顆粒，量取3ml，在以NH3為還原氣體時，NO濃度為lOOOppm，NH3濃度為lOOOppm，O2含量為5%，載氣都為N2，氣體流速2000ml/min，反應空速為2700(?'在90°C?350°C溫度條件下反應，催化材料的脫硝率最高可達97.7%，在110°C?320°C脫硝率可達80%以上，在130°C?260°C脫硝率可達90%以上。
【權利要求】
1.一種低溫寬活性溫度窗口的脫硝催化材料的制備方法，其特征在于步驟如下: 將偏鈦酸加入水，攪拌形成均勻的懸濁液；將乙酸錳和硝酸鎳分別溶于水，其中Ti:Mn:Ni = 1:0.4?0.5:0?0.15，攪拌使溶液混合均勻；將乙酸錳溶液和硝酸鎳溶液加入偏鈦酸的懸池液中，磁力攪拌15?45min,加熱至80?95°C;加入尿素溶液,磁力攪拌15?60min ;加入氨水,至pH = 10?11,磁力攪拌15?60min后冷卻，再加入雙氧水,磁力攪拌15?60min后冷卻；離心分離出底部沉淀，水洗，醇洗；75?105°C干燥10?15h ；450?650°C焙燒2?4h制得催化材料粉末，其中偏鈦酸:尿素:雙氧水的摩爾比=1:0.4?1.2:.0.5 ?2。
【文檔編號】B01D53/56GK104258872SQ201410484204
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月21日 優先權日:2014年9月21日
【發明者】崔素萍, 田國蘭, 馬曉宇, 郭紅霞, 王亞麗, 王劍峰, 張良靜, 羅小根, 項澤強 申請人:北京工業大學