中溫脫硝催化劑及制備方法與應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于一種脫硝催化劑的制備方法，具體涉及一種Fe/Ti02中溫脫硝催化劑及制備方法與應用。
【背景技術】
[0002]SOdPNOx等大氣污染物引起的酸雨、酸霧以及PM2.5等現象嚴重破壞生態環境和危害人體健康，是我國目前大氣環境治理的重點。現今約90%的燃煤電廠已安裝了脫硫裝置，而僅有50%的燃煤電廠安裝使用了脫硝裝置，另外大量的工業窯爐、鋼鐵及焦爐煙氣等還沒有配置脫硫和脫硝系統。選擇性催化還原(SCR)是目前應用比較廣泛的煙氣脫硝技術之一，其中電廠使用的脫硝催化劑主要是V205/Ti02、V205-W03/Ti02等，其工作溫度在330-400°C，因此SCR裝置必須放置在除塵和脫硫系統之前。工業窯爐、燒結和焦爐煙氣等溫度普遍低于280°C，工業成熟的V205/Ti02脫硝催化劑并不能應用在該溫度范圍。因此，適用于中溫(150-280°C)的SCR技術成為研究人員關注的熱點。
[0003]目前，在脫硝催化劑方面，多數的研究者著重于研究低溫脫硝催化劑，對于中溫的催化劑鮮有報道。如吳忠標等在《一種制備煙氣低溫脫硝催化劑及其制備方法(專利號:201310067488.5)》中研發了Mn/Si02催化劑，著重考察了200°C以下的脫硝性能；王忠渠等(專利號:201010611242.6)開發的低溫煙氣脫硝SCR催化劑是以玻璃纖維和硅藻土為載體，Mn、Ce、Zr等為活性組分，可用于100-200°C低溫煙氣脫硝。因此，開發一種能夠適用于工業窯爐、燒結和焦爐煙氣的中溫(180?250°C)脫硝催化劑具有重要的意義。
[0004]Fe基催化劑具有較寬的活性溫度窗口、優異的中高溫活性和仏選擇性而在SCR研究領域內受到廣泛關注。賀視等[Chemical communicat1ns,2008,17，2043-2045]研究了鐵鈦復合氧化物(FeT1x)催化劑，使Fe和Ti兩種物質在原子尺度上充分混合并高度分散，在200-350°C時，表現良好的中高溫催化性能，該固溶體催化劑采用共沉淀法制備，操作較為復雜。
【發明內容】
[0005]本發明目的在于提供一種制備方法簡單，催化活性高，吸附能力強的Fe/Ti02中溫脫硝催化劑及制備方法與應用。
[0006]本發明通過改變催化劑的制備途徑，尋求制備方法簡單且在中溫段具有良好活性的Fe基催化劑。在SCR脫硝反應中，氣體吸附到催化劑表面的過程是關鍵的一步，該過程與催化劑的比表面積、孔道結構等因素有關。因此，可以通過改變催化劑的孔道結構來提高催化劑在中溫段的活性。模板劑在催化劑制備過程中對催化劑微觀結構性質(如催化劑的孔徑分布及活性組分在催化劑表面的分散情況等)有一定的影響。因此，本發明旨在用模板劑來改善催化劑孔道結構，來提高催化劑在中溫段的脫硝性能。
[0007]本發明的催化劑以F127為模板劑，以硝酸鐵(Fe(N03)3.9H20)、鈦酸丁酯(C16H3604Ti)分別為活性組分和載體的前驅體，催化劑各組分質量百分比為Fe: 5 % -15 %，載體1102:85%-95%
[0008]本發明催化劑的制備方法包括如下步驟:
[0009]室溫下將F127溶于無水乙醇中，60°C下微熱，使其完全溶解，加入鈦酸丁酯，乙酸，室溫下攪拌形成淡黃色透明溶液，配制1.5mol/L的硝酸鐵溶液，按Fe/Ti02質量比為5%-15 %加入到上述溶液中，繼續攪拌2h，靜置形成凝膠，110°C空氣中干燥12h，400°C空氣氣氛下煅燒3h，即得所需催化劑，其中乙醇:F127:鈦酸丁酯:醋酸的摩爾比=100:0.05-0.15:5-12:ll-13o
[0010]本發明催化劑中溫脫硝的操作條件:固定床反應器、溫度180-250°C、常壓、反應空速 12000-24000^
[0011]本方法制備的催化劑與其他方法相比具有以下優勢:
[0012]1.溶液配制簡單，操作簡便，僅需添加適量的模板劑就可以調控孔道結構，工藝簡單。
[0013]2.催化劑具有較大的比表面積，具有較強的吸附能力。
[0014]3.由于載體和活性組分都是由前驅體制得，在干燥煅燒過程中離子相互作用產生更多的活性中心，有利于脫硝反應的進行。
[0015]4.催化劑在中溫段(180_250°C)具有較高的催化活性。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明實施例1催化劑的BET圖。
[0017]圖2是本發明實施例1催化劑的SEM圖。
[0018]圖3是本發明實施例1催化劑的脫硝效率圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖和具體實例進一步說明本發明。
[0020]實施例1
[0021]將l0.0g F127溶于40ml無水乙醇中，60°C下微熱，使其完全溶解。加入34ml鈦酸丁酯，6ml乙酸，室溫下攪拌形成淡黃色透明溶液。取1.5mol/L的硝酸鐵溶液9.6ml，逐滴加入到上述溶液中，室溫下攪拌2h，靜置，形成凝膠。凝膠在110°C空氣中干燥12h，400°C空氣氛圍下煅燒3h，即得到質量百分比為10%的Fe/Ti02催化劑。BET結果分析，催化劑孔徑集中在10nm左右(如圖1所示hSEM測試結果表明該方法制備的催化劑分散性良好(如圖2所示)。將催化劑裝入固定床反應器中，通入常壓下模擬煙氣6.5%02，[1€13]=[勵]=500??111，平衡氣N2，反應空速12000h—1，180°C，脫硝效率達到91 % (如圖3所示)。
[0022]實施例2
[0023]將l0.0g F127溶于40ml無水乙醇中，60°C下微熱，使其完全溶解。加入34ml鈦酸丁酯，6ml乙酸，室溫下攪拌形成淡黃色透明溶液。取1.5mol/L的硝酸鐵溶液4.8ml，逐滴加入到鈦酸丁酯溶液中，室溫下攪拌2h，靜置，形成凝膠。凝膠在110°C空氣中干燥12h，400°C空氣氛圍下煅燒3h，得到質量百分比為5%的Fe/Ti02催化劑。將催化劑裝入固定床反應器中，通入常壓下模擬煙氣6.5% 02，[冊3] = [NO] = 500ppm，平衡氣N2，反應空速12000h—1，210°C，脫硝效率達到85 %。
[0024]實施例3
[0025]將5g F127溶于40ml無水乙醇中，60°C下微熱，使其完全溶解。加入17ml鈦酸丁酯，6ml乙酸，室溫下攪拌形成淡黃色透明溶液。取1.5mol/L的硝酸鐵溶液7.2ml，逐滴的加入到鈦酸丁酯溶液中，室溫下攪拌2h，靜置，形成凝膠。凝膠在110°C空氣中干燥12h，400°C空氣氛圍下煅燒3h，得到質量百分比為15%的Fe/Ti02催化劑。將催化劑裝入固定床反應器中，通入常壓下模擬煙氣6.5%02，[NH3] = [NO] = 500ppm，平衡氣N2，反應空速12000^1801,脫硝效率達到71 %。
[0026]實施例4
[0027]將10g F127溶于40ml無水乙醇中，60°C下微熱，使其完全溶解。加入34ml鈦酸丁酯，6ml乙酸，室溫下攪拌形成淡黃色透明溶液。取1.5mol/L的硝酸鐵溶液9.6ml，逐滴加入到鈦酸丁酯溶液中，室溫下攪拌2h，靜置，形成凝膠。凝膠在110°C空氣中干燥12h，400°C空氣氛圍下煅燒3h，得到質量百分比為10%的Fe/Ti02催化劑。將催化劑裝入固定床反應器中，通入常壓下模擬煙氣6.5%02，[NH3] = [NO] = 500ppm，平衡氣N2，反應空速240001^，210°C，脫硝效率達到80 %。
[0028]實施例5
[0029]將lOg F127溶于40ml無水乙醇中，60°C下微熱，使其完全溶解。加入34ml鈦酸丁酯，6ml乙酸，室溫下攪拌形成淡黃色透明溶液。取1.5mol/L的硝酸鐵溶液9.6ml，逐滴加入到鈦酸丁酯溶液中，室溫下攪拌2h，靜置，形成凝膠。凝膠在110°C空氣中干燥12h，400°C空氣氛圍下煅燒3h，得到質量百分比為10%的Fe/Ti02催化劑。將催化劑裝入固定床反應器中，通入常壓下模擬煙氣6.5%02,[ΝΗ3] = [Ν0]= 500ppm，平衡N2，反應空速12000h—1，240°C，脫硝效率達到78%。
[0030]實施例6
[0031]將15g F127溶于40ml無水乙醇中，60°C下微熱，使其完全溶解。加入34ml鈦酸丁酯，6ml乙酸，室溫下攪拌形成淡黃色透明溶液。取1.5mol/L的硝酸鐵溶液9.6ml，逐滴加入到鈦酸丁酯溶液中，室溫下攪拌2h，靜置，形成凝膠。凝膠在110°C空氣中干燥12h，400°C空氣氛圍下煅燒3h，得到質量百分比為10%的Fe/Ti02催化劑。將催化劑裝入固定床反應器中，通入常壓下模擬煙氣6.5%02，[NH3] = [NO] = 500ppm，平衡N2，反應空速18000h—1，240°C，脫硝效率達到81 %。
【主權項】
1.一種Fe/Ti02中溫脫硝催化劑，其特征在于催化劑以F127為模板劑，以硝酸鐵(Fe(Ν〇3)3.9Η2θ)、鈦酸丁酯(Ci6H3604Ti)分別為活性組分和載體的前驅體，催化劑各組分質量百分比為Fe:5% -15%，載體Ti02: 85% - 95%。2.如權利要求1所述一種Fe/Ti02中溫脫硝催化劑的制備方法，其特征在于的包括如下步驟: 室溫下將F127溶于無水乙醇中，60°C下微熱，使其完全溶解，加入鈦酸丁酯，乙酸，室溫下攪拌形成淡黃色透明溶液，配制1.5mol/L的硝酸鐵溶液，按Fe/Ti02質量比為5% - 15%加入到上述溶液中，繼續攪拌2h，靜置形成凝膠，110°C空氣中干燥12h，400°C空氣氣氛下煅燒3h，即得所需催化劑，其中乙醇:F127:鈦酸丁酯:醋酸的摩爾比=100:0.05-0.15:5-12:ll-13o3.本如權利要求1所述一種Fe/Ti02中溫脫硝催化劑的應用，其特征在于的包括如下步驟: 使用于固定床反應器、溫度180-250°C、常壓、反應空速12000-2400011+1。
【專利摘要】一種Fe/TiO2中溫脫硝催化劑，其特征在于催化劑以F127為模板劑，以硝酸鐵(Fe(NO3)3？9H2O)、鈦酸丁酯(C16H36O4Ti)分別為活性組分和載體的前驅體，催化劑各組分質量百分比為Fe：5%-15%，載體TiO2:85%-95%。本發明具有制備方法簡單，催化活性高，吸附能力強的優點。
【IPC分類】B01D53/56, B01J23/745, B01D53/86
【公開號】CN105413689
【申請號】CN201510761489
【發明人】黃張根, 李昱琳, 韓小金, 侯啟雄
【申請人】中國科學院山西煤炭化學研究所
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月11日