用于煙氣脫硝的新型納米級FeZSM-5催化劑的技術方法
【專利摘要】本發明針對目前煙氣脫硝反應催化劑存在活性溫度高、溫度窗口窄、抗水熱穩定性差、抗SO2性能低以及以往ZSM?5催化劑合成過程復雜等系列問題，開發了納米級的FeZSM?5催化劑。與現有的技術相比較，本發明合成的FeZSM?5尺寸為200?400 nm，屬于納米級催化劑，具有較大的比表面積。同時本發明開發的納米級FeZSM?5表現出了較好的低溫催化活性(250 oC時NOx的轉化率大于90%)、具有較寬的催化溫度窗口(在250 oC ? 500 oC 范圍內NOx的轉化率大于90%)、較理想的抗水熱及抗SO2穩定性。
【專利說明】
用于煙氣脫硝的新型納米級FeZSM-5催化劑的技術方法
技術領域
[0001]本發明屬于大氣污染治理技術的催化材料領域，主要涉及一種以Fe取代骨架Al的ZSM-5催化劑的制備技術。
【背景技術】
[0002]同時我國以煤炭為主的能源結構一時難以改變，由此造成的大氣污染問題日益突出。氮氧化物的污染由于相關研究起步較晚，存在的技術瓶頸較為嚴峻。目前通常采用以V205/Ti02系列催化劑，但它存在著水熱穩定性和抗SO2能力差等缺陷。授權公告號為CN103386322 A的國家發明專利公開了用于NOx選擇性催化還原的Fe_ZSM_5催化劑及其制備，也采用水熱法合成了FeZSM-5，由上述方法合成的FeZSM-5合成成本高，存在比較繁瑣的鈉后處理程序。
[0003]因此，針對這種情況，開發采用四丙基氫氧化銨為模板劑的水熱合成法，由于模板劑本身存在著堿性，因此不需要加入格外的堿，同時采用硝酸鋁為鋁源，不引入鈉源，簡化了催化劑的后處理流程。它不但在氮氧化物的選擇性催化還原中具有較好的活性和抗水熱SO2穩定性，同時在乙醇脫水制乙烯過程中具有較高的反應活性和穩定性。
【發明內容】
[0004]本發明旨在解決煙氣脫硝催化劑催化活性低、抗水熱SO2性能差等缺點；同時解決在乙醇脫水制乙烯過程中催化劑的水熱穩定性和抗積碳失活性能。FeZSM-5由于具有較高的比表面積，高孔隙以及較多的活性位點等優點。因此，對于NO有較好的催化活性，由于鐵的存在催化劑的抗水熱和SO2穩定性明顯的提高；在乙醇脫水制乙烯的過程催化劑的穩定性明顯的提高，具有較好的催化性能。本發明采用較廉價的模板劑，模板劑起模板作用的同時提供了堿性環境，避免了使用強堿，同時簡化了催化劑對鈉源的處理程序。本發明為煙氣脫硝催化劑的研發提供了新思路和新方法。
[0005]本發明的目的是通過以技術方案實現:以水熱法合成FeZSM-5，按照以下工藝步驟合成:
(I)制備溶膠:將正硅酸四乙酯、四丙基氫氧化銨、硝酸鐵、硝酸鋁混合攪拌，調節PH值為7-12，攪拌的到溶膠。投料摩爾比為:硝酸鋁/正硅酸四乙酯=10-0;硝酸鐵/正硅酸四乙酯=10-0。溶膠制備時間為1-5 ho
[0006](2)晶化反應:將上述溶膠放在反應釜中晶化，晶化溫度為120-240 °C，晶化時間為3-5天。
[0007](3)焙燒:將晶化完干燥后的樣品在焙燒，焙燒溫度為400-700 °C，焙燒時間為3_5h，得到FeZSM-5催化劑。
[0008]與現有的技術相比較，本發明明顯的提高了FeZSM-5催化劑的低溫反應活性，具有較寬的溫度窗口(在250-500 °C范圍內氮氧化物的轉化率都大于90%)，催化劑具有較理想的抗水熱穩定性和抗S02穩定性。
【附圖說明】
[0009]圖1是FeZSM-5催化劑催化氮氧化物的轉化率；
圖2是FeZSM-5催化劑的抗水熱穩定性；
圖3是FeZSM-5催化劑抗水熱和SO2穩定性。
【具體實施方式】
[0010]本發明實現FeZSM-5催化氮氧化物的選擇性催化還原的詳細實施例說明。
[0011]實施例1
催化劑用量0.5 8(60-80目)，與0.5 g的60-80目的石英砂混合后裝填在石英反應管中。催化反應在一個連續的下降流式固定床反應器中常壓下進行反應，反應溫度為100-500°C。樣品首先在N2 (200 mL min—O氣吹掃下從室溫升溫到550 °C，活化30 min，在N2 (200mL min—O的吹掃下溫度降低到100 °C后通入模擬煙氣組分。模擬的煙道氣組成為:[NH3]=1000 ppm, [NO] = 1000 ppm, [O2] = 5%，N2為平衡氣。氣體總流速200 mL.min—S空速20200 h_1。
[0012]實施例2
在測定抗水熱穩定性時，在300 °C下通入[NH3] = 1000 ppm, [NO] = 1000 ppm, [O2]=5%，N2為平衡氣。氣體總流速200 mL.min—、催化劑用量0.5 g(與0.5g的60-80目的石英砂混合后裝填在石英反應管中)，空速20200 h_1。保持反應60 min后通入5%的H2O，保持反應180 min后切斷H2O，反應120 min。在測定同時抗水耐硫性能時通入[冊3] = 1000 ppm,[NO] = 1000 ppm，[02] = 5%，N2為平衡氣。氣體總流速200 mL.min—S催化劑用量0.5 g(與0.5 g的60-80目的石英砂混合后裝填在石英反應管中)，空速20200 1Γ1。保持反應60min后通入[SO2] = 100 ppm和5%的H2O,保持反應180min后切斷H2O和S02，反應120 min。
【主權項】
1.合成一種用于煙氣脫硝的新型納米級FeZSM-5催化劑，其特征在于催化劑采用水熱合成方法制備，具體工藝步驟如下: 制備溶膠:將正硅酸四乙酯、四丙基氫氧化銨、硝酸鐵、硝酸鋁混合攪拌，調節PH值為7-14，攪拌至溶膠； 晶化反應:將上述溶膠置于反應釜中晶化； 焙燒:將晶化完后的樣品焙燒，得到FeZSM-5催化劑。2.根據權利要求1所述用于煙氣脫硝的新型納米級FeZSM-5催化劑，其特征在于在合成過程中的投料摩爾比為:硝酸鋁/正硅酸四乙酯=10-0;硝酸鐵/正硅酸四乙酯=10-0，溶膠制備時間為1-5 ho3.根據權利要求1所述用于煙氣脫硝的新型納米級FeZSM-5催化劑，其特征在于在晶化過程中，晶化溫度為120-240 °C，晶化時間為3_5天。4.根據權利要求1所述用于煙氣脫硝的新型納米級FeZSM-5催化劑，其特征在于在焙燒過程中，焙燒溫度為400-700 °C，焙燒時間為3-5 ho5.根據權利要求1或2或3或4所述用于煙氣脫硝的新型納米級FeZSM-5催化劑，其特征在于反應溫度為100-500 °C。
【文檔編號】C07C1/24GK105921170SQ201610283118
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月3日
【發明人】黃艷, 孟起燕, 孫雪晴
【申請人】新疆大學