本發明屬于催化劑及其制備技術領域，具體涉及一種鐵基復合氧化物催化劑的制備方法。
背景技術：
火電廠等燃煤固定源排放的煙氣含有大量氮氧化物、硫氧化物和二氧化碳等廢氣，其中，氮氧化物會引起酸雨、光化學煙霧、臭氧層破壞以及溫室效應等重大環境問題，對生態環境和人類健康造成巨大的危害。
目前，針對火電廠等燃煤固定源尾部煙氣中氮氧化物凈化的技術主要有：低氮氧化物燃燒技術、再燃/先進再燃技術、選擇性非催化還原技術和選擇性催化還原技術等，其中選擇性催化還原技術被認為是最有可能應用于脫除燃煤固定源尾部煙氣的氮氧化物的技術。選擇性催化還原技術核心為催化劑，其主要是在催化劑作用下，利用NH3還原劑將氮氧化物還原成N2和H2O。目前，工業應用最廣泛的選擇性催化還原脫硝催化劑為V2O5-WO3(MoO3)/TiO2，但其存在脫硝活性溫度窗口窄(300～400℃)，活性組分釩有毒、易流失、毒害環境、容易造成二次污染、易使SO2氧化為SO3等缺點。
與釩鎢鈦系列催化劑相比，鐵基催化劑具有環境無毒、抗H2O和SO2毒化能力強、脫硝成本低等優點，而且與昂貴的釩鎢鈦系列催化劑相比,鐵基催化劑無疑將更加適合應用于我國燃煤火電廠排放的氮氧化物的脫除，但是單一鐵氧化物催化劑的脫硝溫度窗口偏高，制備工藝不夠成熟且耗時較長，不利于廣泛應用于工業生產，因此，開發一種無毒、廉價、具有高選擇性催化還原脫硝活性和寬脫硝溫度窗口的鐵基復合氧化物催化劑的制備方法，具有重要的環境和社會意義。
技術實現要素：
為解決上述問題，本發明采用了如下技術方案：
本發明提供的一種鐵基復合氧化物催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，將可溶性鐵鹽、可溶性鈰鹽、可溶性鎢鹽溶于水中，常溫下磁力攪拌溶解，得到溶液；步驟2，向溶液中加入一定量的絡合劑，常溫下磁力攪拌8～12分鐘，得到混合液；步驟3，將混合液放置于微波試驗臺中，在一定功率下微波處理一段時間，得到凝膠；步驟4，將凝膠放入馬弗爐中，在300～600℃下煅燒活化3～6h，得到鐵基復合氧化物催化劑。
本發明提供的一種鐵基復合氧化物催化劑的制備方法，還具有以下技術特征：其中，所述可溶性鐵鹽中的鐵元素、所述可溶性鈰鹽中的鈰元素以及所述可溶性鎢鹽中的鎢元素的摩爾比為0.6～1:0.05～0.2:0.025～0.2。
本發明提供的一種鐵基復合氧化物催化劑的制備方法，還具有以下技術特征：可溶性鐵鹽為硝酸鐵、硫酸亞鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵中的任意一種；可溶性鈰鹽為硝酸鈰、硝酸亞鈰、硫酸亞鈰、硫酸鈰中的任意一種；可溶性鎢鹽為鎢酸銨、偏鎢酸銨中的任意一種。
本發明提供的一種鐵基復合氧化物催化劑的制備方法，還具有以下技術特征：其中，在步驟2中，絡合劑為檸檬酸。
本發明提供的一種鐵基復合氧化物催化劑的制備方法，還具有以下技術特征：絡合劑與溶液中的陽離子的摩爾比為0.25～2。
發明作用與效果
根據本發明提供的一種鐵基復合氧化物催化劑的制備方法，在該方法中，向溶液中添加一定量的絡合劑并充分攪拌得到混合液，將混合液微波處理一段時間，得到凝膠。由于在該過程中采用微波輻射輔助絡合劑進行絡合反應，大大縮短了反應時間，所以制備時間短，而且能耗低，原料易得，降低了成本，易于工業化生產。
具體實施方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，以下實施例對本發明的鐵基復合氧化物的制備方法作具體闡述。
【實施例一】
本實施例提供的一種鐵基復合氧化物催化劑的制備方法，包括以下步驟：
步驟1，將硝酸鐵、硝酸亞鈰和偏鎢酸銨溶于水中，常溫下磁力攪拌10分鐘，得到溶液。其中，硝酸鐵中的鐵元素、硝酸亞鈰中的鈰元素以及偏鎢酸銨中的鎢元素的摩爾比為0.9:0.05:0.05。
步驟2，向得到的溶液中加入一定量的檸檬酸，控制檸檬酸與溶液中的陽離子(Fe3+、Ce3+、W6+)的摩爾比為0.5，并持續磁力攪拌10分鐘，得到混合液。
步驟3，將得到的混合液放置于微波實驗臺中，在210W的功率下微波處理10分鐘，得到凝膠。
步驟4，將得到的凝膠放入馬弗爐中，在500℃空氣中煅燒活化5h，制得鐵基復合氧化物催化劑。將制得的鐵基復合氧化物催化劑磨碎、篩分，取40～60目備用，成為鐵基復合氧化物催化劑A。
本實施例制備的鐵基復合氧化物催化劑A，在自制的微型固定床反應器上考察NH3選擇性催化還原氮氧化物的反應活性，在空速比60000h-1和[NO]＝[NH3]＝1000ppm條件下，鐵基復合氧化物催化劑A具有良好的NH3選擇性催化還原脫硝性能，它在225～425℃的活性溫度窗口內能夠取得高于90％的氮氧化物轉化率。
【實施例二】
本實施例提供的一種鐵基復合氧化物催化劑的制備方法，制備方法與實施例一相同，將硝酸鐵中的鐵元素、硝酸亞鈰中的鈰元素以及偏鎢酸銨中的鎢元素的摩爾比改為0.85:0.1:0.05，制得鐵基復合氧化物催化劑B。
本實施例制備的鐵基復合氧化物催化劑B，在自制的微型固定床反應器上考察NH3選擇性催化還原氮氧化物的反應活性，在空速比60000h-1和[NO]＝[NH3]＝1000ppm條件下，鐵基復合氧化物催化劑B具有良好的NH3選擇性催化還原脫硝性能，它在225～400℃的活性溫度窗口內能夠取得高于90％的氮氧化物轉化率。
【實施例三】
本實施例提供的一種鐵基復合氧化物催化劑的制備方法，制備方法與實施例一相同，將硝酸鐵中的鐵元素、硝酸亞鈰中的鈰元素以及偏鎢酸銨中的鎢元素的摩爾比改為0.8:0.15:0.05，制得鐵基復合氧化物催化劑C。
本實施例制備的鐵基復合氧化物催化劑C，在自制的微型固定床反應器上考察NH3選擇性催化還原氮氧化物的反應活性，在空速比60000h-1和[NO]＝[NH3]＝1000ppm條件下，鐵基復合氧化物催化劑C具有良好的NH3選擇性催化還原脫硝性能，它在250～400℃的活性溫度窗口內能夠取得高于90％的氮氧化物轉化率。
【實施例四】
本實施例提供的一種鐵基復合氧化物催化劑的制備方法，制備方法與實施例一相同，將硝酸鐵中的鐵元素、硝酸亞鈰中的鈰元素以及偏鎢酸銨中鎢元素的摩爾比改為0.75:0.2:0.05，制得鐵基復合氧化物催化劑D。
本實施例制備的鐵基復合氧化物催化劑D，在自制的微型固定床反應器上考察NH3選擇性催化還原氮氧化物的反應活性，在空速比60000h-1和[NO]＝[NH3]＝1000ppm條件下，鐵基復合氧化物催化劑D具有良好的NH3選擇性催化還原脫硝性能，它在225～375℃的活性溫度窗口內能夠取得高于90％的氮氧化物轉化率。
【實施例五】
本實施例提供的一種鐵基復合氧化物催化劑的制備方法，制備方法與實施例一相同，將硝酸鐵中的鐵元素、硝酸亞鈰中的鈰元素以及偏鎢酸銨中鎢元素的摩爾比改為0.875:0.1:0.025，制得鐵基復合氧化物催化劑E。
本實施例制備的鐵基復合氧化物催化劑E，在自制的微型固定床反應器上考察NH3選擇性催化還原氮氧化物的反應活性，在空速比60000h-1和[NO]＝[NH3]＝1000ppm條件下，鐵基復合氧化物催化劑E具有良好的NH3選擇性催化還原脫硝性能，它在250～375℃的活性溫度窗口內能夠取得高于90％的氮氧化物轉化率。
【實施例六】
本實施例提供的一種鐵基復合氧化物催化劑的制備方法，制備方法與實施例一相同，將硝酸鐵中的鐵元素、硝酸亞鈰中的鈰元素以及偏鎢酸銨中鎢元素的摩爾比改為0.825:0.1:0.075，制得鐵基復合氧化物催化劑F。
本實施例制備的鐵基復合氧化物催化劑F，在自制的微型固定床反應器上考察NH3選擇性催化還原氮氧化物的反應活性，在空速比60000h-1和[NO]＝[NH3]＝1000ppm條件下，鐵基復合氧化物催化劑F具有良好的NH3選擇性催化還原脫硝性能，它在275～400℃的活性溫度窗口內能夠取得高于90％的氮氧化物轉化率。
【實施例七】
本實施例提供的一種鐵基復合氧化物催化劑的制備方法，制備方法與實施例一相同，將硝酸鐵中的鐵元素、硝酸亞鈰中的鈰元素以及偏鎢酸銨中的鎢元素的摩爾比改為0.8:0.1:0.1，制得鐵基復合氧化物催化劑G。
本實施例制備的鐵基復合氧化物催化劑G，在自制的微型固定床反應器上考察NH3選擇性催化還原氮氧化物的反應活性，在空速比60000h-1和[NO]＝[NH3]＝1000ppm條件下，鐵基復合氧化物催化劑G具有良好的NH3選擇性催化還原脫硝性能，它在275～450℃的活性溫度窗口內能夠取得高于90％的氮氧化物轉化率。
【實施例八】
本實施例提供的一種鐵基復合氧化物催化劑的制備方法，制備方法與實施例一相同，將硝酸鐵中的鐵元素、硝酸亞鈰中的鈰元素以及偏鎢酸銨中的鎢元素的摩爾比改為0.85:0.1:0.05，控制檸檬酸與溶液中的陽離子(Fe3+、Ce3+、W6+)的摩爾比為0.25，制得鐵基復合氧化物催化劑H。
本實施例制備的鐵基復合氧化物催化劑H，在自制的微型固定床反應器上考察NH3選擇性催化還原氮氧化物的反應活性，在空速比60000h-1和[NO]＝[NH3]＝1000ppm條件下，鐵基復合氧化物催化劑H具有良好的NH3選擇性催化還原脫硝性能，它在350～400℃的活性溫度窗口內能夠取得高于90％的氮氧化物轉化率。
【實施例九】
本實施例提供的一種鐵基復合氧化物催化劑的制備方法，制備方法與實施例一相同，將硝酸鐵中的鐵元素、硝酸亞鈰中的鈰元素以及偏鎢酸銨中的鎢元素的摩爾比改為0.85:0.1:0.05，控制檸檬酸與溶液中的陽離子(Fe3+、Ce3+、W6+)的摩爾比為1，制得鐵基復合氧化物催化劑I。
本實施例制備的鐵基復合氧化物催化劑I，在自制的微型固定床反應器上考察NH3選擇性催化還原氮氧化物的反應活性，在空速比60000h-1和[NO]＝[NH3]＝1000ppm條件下，鐵基復合氧化物催化劑I具有良好的NH3選擇性催化還原脫硝性能，它在250～400℃的活性溫度窗口內能夠取得高于90％的氮氧化物轉化率。
將實施例一至實施例九制備得到的鐵基復合氧化物催化劑A～I進行表觀磁性測試，具體實驗步驟如下：
步驟1，將鐵基復合氧化物催化劑A～I磨碎，篩分，分別取80～120目作為催化劑樣品。
步驟2，將催化劑樣品置于裝有50ml去離子水的燒杯中，在常溫下磁力攪拌10分鐘。
步驟3，將磁鐵置于燒杯外側，進行表觀磁性吸附測試。
表觀磁性測試結果表明：鐵基復合氧化物催化劑A～I均具有強磁性。
實施例作用與效果
根據本發明提供的一種鐵基復合氧化物催化劑的制備方法，在該方法中，向溶液中添加一定量的絡合劑并充分攪拌得到混合液，將混合液微波處理一段時間，得到凝膠。由于在該過程中采用微波輻射輔助檸檬酸進行絡合反應，大大縮短了反應時間，所以制備時間短，而且能耗低，原料易得，降低了成本，易于工業化生產。
實施例一至實施例九制得的鐵基復合氧化物催化劑具有較寬的脫硝溫度窗口225～450℃，在空速比60000h-1和[NO]＝[NH3]＝1000ppm條件下，具有良好的NH3選擇性催化還原脫硝性能，而且采用無毒組分，不會對人體健康和生態環境造成危害。