一種具有scr催化功能的濾布材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有SCR催化功能的濾布材料的制備方法，具體是一種采用濾布負載SCR催化劑制成的、同時具有除塵和SCR催化脫硝功能的復合催化材料，屬于納米催化材料領域。
【背景技術】
[0002]工業窯爐尾氣中的主要污染物包括粉塵和氮氧化物(NOx)，這兩種污染物對人類和生態環境都具有嚴重危害。水泥窯尾氣中的粉塵主要為堿性的鈣、硅、鋁和鐵的礦物，對皮膚有腐蝕性，吸入對肺有危害，長期暴露于粉塵環境或吸入粉塵，可導致塵肺病甚至肺癌；氮氧化物(NOx)包括N20、NO、N02、NA、N2O4和N2O5等，主要源于高溫燃料中的氮和原料中的含氮化合物，其排放會造成酸雨、溫室效應和臭氧層破壞等問題，而且對人的呼吸系統有嚴重損害。
[0003]目前，我國新型干法水泥窯多采用布袋除塵器來收集水泥窯粉塵。布袋式除塵器是一種干式濾塵裝置。它適用于捕集細小、干燥、非纖維性粉塵。濾袋多采用紡織的濾布制成，利用纖維織物的過濾作用對含塵氣體進行過濾。當含塵氣體進入袋式除塵器后，顆粒大、比重大的粉塵，由于重力的作用沉降下來，落入灰斗，含有較細小粉塵的氣體在通過濾料時，粉塵被阻留，使氣體得到凈化。水泥窯尾氣中的氮氧化物可通過選擇性催化還原(SCR)技術完全去除。選擇性催化還原(SCR)技術是在NH#PSCR催化劑的作用下，將NO和NO2轉化成N 2，該技術具有高的NCV削減率(85?95)，是水泥窯脫除NO x§有效的技術。SCR催化劑是SCR技術的核心，主要由載體和活性組分兩部分組成。目前SCR催化劑多以打02為載體，專利CN102921403A報導了一種V 205_W03/Ti02催化劑的制備方法，在該催化劑中，活性組分V2O5與WO 3相互協同使得該催化劑具有高的脫硝效率。Li等人將T1 2載體在醋酸錳溶液中浸漬制備出Mn0x/Ti02催化劑，研宄表明，MnO/1102催化劑在150°C時，NO轉化率可就達到 100 (Catalysis communicat1ns，2007，8:1896 ?1900)。A.D.Pena 分別將V、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Cu等元素的氧化物負載在銳鈦礦T12上以考察還原NO x的活性與選擇性，研宄發現Mn0x/Ti0d^ SCR脫硝活性最高，負載在T1 2上的過渡金屬催化活性依次為Mn>Cu>Cr>Co>Fe>V>Ni(Journal of Catalysis，2004，221:421 ?431)。
[0004]目前，水泥窯尾氣中粉塵和氮氧化物的處理通常獨立進行，即先通過布袋除塵器除去粉塵顆粒、再經過SCR反應器以實現氮氧化物的脫除，這使得水泥窯尾氣處理流程復雜，成本較高。如何在除塵的同時實現氮氧化物的脫除以簡化尾氣處理流程、減低成本仍是水泥窯爐尾氣處理的一個挑戰。
【發明內容】
[0005]針對上述問題，本發明的目的是提供一種集除塵和SCR脫硝催化功能于一體的負載型復合催化材料，可用于高效處理工業及水泥窯爐尾氣。
[0006]本發明是這樣實現的，一種同時具有除塵和SCR催化脫硝功能的負載型復合催化材料的制備方法，包括以下主要步驟:(I)濾布的預處理；(2)負載活性組分；(3)后處理。
[0007]一種濾布負載型復合催化材料的制備方法，通過以下具體方案實現:
[0008](I)濾布的預處理。將濾布放入質量分數為98的濃硫酸與質量分數為30的過氧化氫混合溶液中(濃硫酸與過氧化氫溶液的體積比為3:1)浸泡10?60min，用去離子水清洗3?5次；將清洗后的濾布放入濃度為0.5?1.5mol/L的鹽酸中浸泡10?60min，用去離子水清洗3?5次。稱取一定量的氟鈦酸銨和硼酸，其中氟鈦酸銨與硼酸的物質的量比為1:2?3，磁力攪拌下溶解到去離子水中，在得到的溶液中，氟鈦酸錢的濃度為0.05?
0.5mol/L，硼酸的濃度為0.1?1.5mol/L ;將溶液置于60?90°C水浴中，用氨水調節溶液的pH為5.0?6.0 ;將表面處理后的濾布置于上述溶液中反應30?90min ;最后將表面沉積1102的濾布在60?120°C下干燥8?12h。
[0009](2)負載活性組分。稱取物質的量的比為1:0.05?0.2的錳鹽和鈰鹽，磁力攪拌下溶解到去離子水中，得到浸漬液，其中錳鹽的濃度為0.1?0.5mol/L，鈰鹽的濃度為
0.005?0.lmol/L ;將步驟(I)得到的濾布置于浸漬液中浸漬4?8h。
[0010](3)后處理。將步驟⑵得到的濾布置于干燥箱中，于60?90°C下干燥8?12h ;將干燥后的樣品置于馬弗爐中，于450?600°C下焙燒2?5h。
[0011]進一步地，所述的濾布包括石棉纖維濾布和玻璃纖維濾布的任一種，所述錳鹽為硝酸錳、硫酸錳、氯化錳中的任一種，所述的鈰鹽為氯化亞鈰、硝酸鈰、硝酸鈰銨或硫酸鈰中的任一種。
[0012]本發明的有益效果是，采用液相沉積-浸漬方法制備了可同時具有脫硝-除塵功能的復合材料，具有比表面積大、酸性位分布豐富的特點，其低溫脫硝性能優異。當用于水泥窯爐尾氣除粉塵的同時，其表面負載的SCR催化劑還能對尾氣中的氮氧化物進行脫硝催化，實現了除塵和低溫脫硝的一體化，簡化了水泥窯爐尾氣處理的工藝流程，節省尾氣處理的綜合成本。
[0013]脫硝性能測試條件為:1000ppm NOUOOOppm NH3、502，N2為載氣，粉塵添加量為
1.5g/cm2，氣體流速為 2000mL/min，空速為 270001Γ1。
【附圖說明】
[0014]圖1為SCR催化劑/纖維布的掃描電鏡(SEM)照片((a) X 1000，(b) X 5000)；
[0015]圖2為纖維布以及SCR催化劑/玻璃纖維布的X射線衍射(XRD)圖；
[0016]圖3為SCR催化劑/纖維布的脫硝率圖。
【具體實施方式】
[0017]本發明的實施方式可通過以下實施例來說明，但不限于以下實施例。
[0018]實施例一
[0019]一種玻璃纖維濾布負載SCR催化劑復合材料的制備，包括以下步驟:(1)將玻璃纖維濾布樣品塊(2cmX2cm)放入質量分數為98的濃硫酸與質量分數為30的過氧化氫混合溶液中(濃硫酸與過氧化氫溶液的體積比為3:1)浸泡20min，然后用去離子水清洗3次；將清洗后的玻璃纖維濾布樣品塊放入濃度為0.5mol/L的鹽酸中浸泡40min進行刻蝕，然后再用去離子水清洗5次。稱取3.96g氟鈦酸銨和2.48g硼酸，磁力攪拌下溶解到200mL去離子水中，置于60°C水浴中，用氨水調節溶液的pH為5.0;將表面處理后的玻璃纖維濾布置于上述溶液中反應40min ;最后將表面沉積T12后的玻璃纖維濾布放入干燥箱，80°C下干燥 1ho
[0020](2)稱取7.35g乙酸錳和2.28g硝酸鈰，磁力攪拌下溶解到150mL去離子水中，得到浸漬液，將上一步得到的濾布置于浸漬液中浸漬4h。
[0021](3)將上一步得到的樣品置于干燥箱中于60°C下干燥12h ;將干燥后的樣品置于馬弗爐中于450°C下焙燒5h。
[0022]在100ppm NO、100ppm NH3、502，N2為載氣，粉塵添加量 1.5g/cm2，氣體流速為2000mL/min,空速為270001^催化反應條件下，脫硝率最高為92。
[0023]實施例二
[0024]一種玻璃纖維濾布負載SCR催化劑復合材料的制備，包括以下步驟:(1)將玻璃纖維濾布樣品塊(2cmX2cm)放入質量分數為98的濃硫酸與質量分數為30的過氧化氫混合溶液(濃硫酸與過氧化氫溶液的體積比為3:1)中浸泡30min，然后用去離子水清洗4次；將清洗后的玻璃纖維濾布樣品塊放入濃度為1.0moI/L的鹽酸中浸泡20min進行刻蝕，然后再用去離子水清洗4次。稱取5.94g氟鈦酸銨和4.65g硼酸，磁力攪拌下溶解到