一种蜂窝状低温脱硝催化剂的制备方法及其应用

一种蜂窝状低温脱硝催化剂的制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种蜂窝状低温脱硝催化剂的制备方法，属于催化剂制备领域。

背景技术

随着经济的迅速发展、工业生产及环保要求的提高，大气污染成了人们十分关注 的问题。由于大气中的NOX对人体健康和生态环境有严重的危害作用，因此NOX的排放和控 制逐渐引起人们的高度重视，并成为当前治理大气污染的重要工作之一。长期以来，我国 NOX污染日益严重的根本原因是以煤炭为主的能源消耗结构，煤炭在我国能源消费中的比 例占70%左右，是大气中NOX和烟尘的主要来源，煤烟型污染仍将是我国大气污染的主要特 征，并且在短期内这种格局也不会有所改变。在我国，大型锅炉是用煤大户，大量的燃煤电 厂和炼钢厂等是NOX排放的重点单位，也是引起众多环境问题的根源。因此，电厂燃煤锅炉 NOX的减排和控制是今后环保工作的重点任务之一。

烟气脱硝属于燃烧后处理技术，虽然成本较高，但脱硝效率高，易与燃烧装置配 套，受燃料类型限制小。目前烟气脱硝技术可分为干法和湿法两大类。干法脱硝包括选择催 化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、催化分解法、吸附法和低温等离子法；湿法脱 硝包括酸吸收、碱吸收、化学氧化吸收和生物还原法等。目前国内外研究较多的几种，其中 除SCR和SNCR外，其他方法尚无工业化应用或处于实验研究阶段或中试阶段。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对目前脱硝技术中的催化剂多在高温下脱硝效果 好，脱硝率高，在200℃以下的脱硝率却很低的缺陷，提供了一种蜂窝状低温脱硝催化剂的 制备方法，该方法以纳米碳管为原料和乙酸锰分散混合后制得固体炭锰复合物，之后用凝 胶法制得掺杂炭锰的二氧化钛载体，并浸渍硝酸铈溶液，加入玻璃纤维填料，粘结剂、润滑 剂、成孔剂等混合搅拌均匀后放入马弗炉煅烧，最终制得一种蜂窝状低温脱硝催化剂。本发 明制得催化剂在低温环境下的脱硝率也能达到90%以上，且制备步骤简单，对环境无任何污 染。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）称取4～5g纳米碳管，放入高速分散机，加入200～250mL质量浓度为50%的乙醇溶 液，以300～400r/min的转速搅拌分散10～20min，得纳米碳管乙醇悬浮液；

（2）向上述制得的悬浮液中，继续加入2～3g四水合乙酸锰，放置在超声振荡仪中超声 分散15～20min，之后移入蒸发皿中，加热至70～80℃蒸发多余溶剂，得到固体炭锰复合物；

（3）用移液管移取20～30mL钛酸丁酯倒入200mL烧杯中，放置在磁力搅拌机上以200～ 300r/min的转速在常温下搅拌，之后再在搅拌状态下向烧杯中加入10～15mL乙酰丙酮，继 续搅拌直至液体呈深黄；

（4）称取5～10g上述制备得到的固体炭锰复合物加入到上述烧杯中，再加入30～50mL 无水乙醇，提高搅拌机转速至400～500r/min，搅拌2～3h后将烧杯移入水浴锅中，升温至60 ～70℃，水浴浓缩4～6h，得到黄溶胶；

（5）将上述黄溶胶移入烘箱中，升温至105～110℃干燥6～7h得黄凝胶，之后放入 马弗炉中，以500～600℃的高温煅烧3～4h，得炭锰掺杂二氧化钛载体；

（6）将上述得到的炭锰掺杂二氧化钛载体浸渍在质量浓度为70%的硝酸铈溶液中，摇床 振荡反应12～18h后取出，放入500mL烧杯中，放入烘箱以40～50℃的温度烘干；

（7）取50～60g上述浸渍处理后的载体倒入500mL烧杯中，加入20～30g玻璃纤维，2～5g 均三甲苯，10～20mL硅油和10～15g面粉和100～200mL蒸馏水，用玻璃棒搅拌均匀后蒸馏浓 缩成泥状物；

（8）将上述制得的泥状物，放入马弗炉中，先以5℃/min的速率程序升温至200℃，保温 10～15min，再以8℃/min的速率程序升温至500℃，保温1～2h进行煅烧，冷却至室温后即得 一种蜂窝状低温脱硝催化剂。

本发明的具体应用方法：取3～5g本发明制得的蜂窝状低温脱硝催化剂放入工厂 废弃烟气排出装置中，向里通入氨气，在催化剂的作用下，含NOX的废气与氨气反应降解为 无害气体排出，本发明制得的催化剂在180～200℃时脱硝效率超过90%，为普通脱硝催化剂 脱硝效率的2～3倍。

本发明的有益效果是：本发明制得催化剂在低温环境下的脱硝率也能达到90%以 上，且制备步骤简单，反应条件温和，成本低廉，对环境无任何污染。

具体实施方式

称取4～5g纳米碳管，放入高速分散机，加入200～250mL质量浓度为50%的乙醇溶 液，以300～400r/min的转速搅拌分散10～20min，得纳米碳管乙醇悬浮液；向上述制得的悬 浮液中，继续加入2～3g四水合乙酸锰，放置在超声振荡仪中超声分散15～20min，之后移入 蒸发皿中，加热至70～80℃蒸发多余溶剂，得到固体炭锰复合物；用移液管移取20～30mL钛 酸丁酯倒入200mL烧杯中，放置在磁力搅拌机上以200～300r/min的转速在常温下搅拌，之 后再在搅拌状态下向烧杯中加入10～15mL乙酰丙酮，继续搅拌直至液体呈深黄；称取5～ 10g上述制备得到的固体炭锰复合物加入到上述烧杯中，再加入30～50mL无水乙醇，提高搅 拌机转速至400～500r/min，搅拌2～3h后将烧杯移入水浴锅中，升温至60～70℃，水浴浓缩 4～6h，得到黄溶胶；将上述黄溶胶移入烘箱中，升温至105～110℃干燥6～7h得黄凝 胶，之后放入马弗炉中，以500～600℃的高温煅烧3～4h，得炭锰掺杂二氧化钛载体；将上述 得到的炭锰掺杂二氧化钛载体浸渍在质量浓度为70%的硝酸铈溶液中，摇床振荡反应12～ 18h后取出，放入500mL烧杯中，放入烘箱以40～50℃的温度烘干；取50～60g上述浸渍处理 后的载体倒入500mL烧杯中，加入20～30g玻璃纤维，2～5g均三甲苯，10～20mL硅油和10～ 15g面粉和100～200mL蒸馏水，用玻璃棒搅拌均匀后蒸馏浓缩成泥状物；将上述制得的泥状 物，放入马弗炉中，先以5℃/min的速率程序升温至200℃，保温10～15min，再以8℃/min的 速率程序升温至500℃，保温1～2h进行煅烧，冷却至室温后即得一种蜂窝状低温脱硝催化 剂。

实例1

称取4g纳米碳管，放入高速分散机，加入200mL质量浓度为50%的乙醇溶液，以300r/min 的转速搅拌分散10min，得纳米碳管乙醇悬浮液；向上述制得的悬浮液中，继续加入2g四水 合乙酸锰，放置在超声振荡仪中超声分散15min，之后移入蒸发皿中，加热至70℃蒸发多余 溶剂，得到固体炭锰复合物；用移液管移取20mL钛酸丁酯倒入200mL烧杯中，放置在磁力搅 拌机上以200r/min的转速在常温下搅拌，之后再在搅拌状态下向烧杯中加入10mL乙酰丙 酮，继续搅拌直至液体呈深黄；称取5g上述制备得到的固体炭锰复合物加入到上述烧杯 中，再加入30mL无水乙醇，提高搅拌机转速至400r/min，搅拌2h后将烧杯移入水浴锅中，升 温至60℃，水浴浓缩4h，得到黄溶胶；将上述黄溶胶移入烘箱中，升温至105℃干燥6h得 黄凝胶，之后放入马弗炉中，以500℃的高温煅烧3h，得炭锰掺杂二氧化钛载体；将上述得 到的炭锰掺杂二氧化钛载体浸渍在质量浓度为70%的硝酸铈溶液中，摇床振荡反应12h后取 出，放入500mL烧杯中，放入烘箱以40℃的温度烘干；取50g上述浸渍处理后的载体倒入 500mL烧杯中，加入20g玻璃纤维，2g均三甲苯，10mL硅油和10g面粉和100mL蒸馏水，用玻璃 棒搅拌均匀后蒸馏浓缩成泥状物；将上述制得的泥状物，放入马弗炉中，先以5℃/min的速 率程序升温至200℃，保温10min，再以8℃/min的速率程序升温至500℃，保温1h进行煅烧， 冷却至室温后即得一种蜂窝状低温脱硝催化剂。

本发明的具体应用方法：取3g本发明制得的蜂窝状低温脱硝催化剂放入工厂废弃 烟气排出装置中，向里通入氨气，在催化剂的作用下，含NOX的废气与氨气反应降解为无害 气体排出，本发明制得的催化剂在180℃时脱硝效率达到93%，为普通脱硝催化剂脱硝效率 的2倍。

实例2

称取4g纳米碳管，放入高速分散机，加入230mL质量浓度为50%的乙醇溶液，以350r/min 的转速搅拌分散15min，得纳米碳管乙醇悬浮液；向上述制得的悬浮液中，继续加入2g四水 合乙酸锰，放置在超声振荡仪中超声分散18min，之后移入蒸发皿中，加热至75℃蒸发多余 溶剂，得到固体炭锰复合物；用移液管移取25mL钛酸丁酯倒入200mL烧杯中，放置在磁力搅 拌机上以250r/min的转速在常温下搅拌，之后再在搅拌状态下向烧杯中加入13mL乙酰丙 酮，继续搅拌直至液体呈深黄；称取8g上述制备得到的固体炭锰复合物加入到上述烧杯 中，再加入40mL无水乙醇，提高搅拌机转速至450r/min，搅拌2h后将烧杯移入水浴锅中，升 温至65℃，水浴浓缩5h，得到黄溶胶；将上述黄溶胶移入烘箱中，升温至108℃干燥6h得 黄凝胶，之后放入马弗炉中，以550℃的高温煅烧3h，得炭锰掺杂二氧化钛载体；将上述得 到的炭锰掺杂二氧化钛载体浸渍在质量浓度为70%的硝酸铈溶液中，摇床振荡反应15h后取 出，放入500mL烧杯中，放入烘箱以45℃的温度烘干；取55g上述浸渍处理后的载体倒入 500mL烧杯中，加入25g玻璃纤维，4g均三甲苯，15mL硅油和13g面粉和150mL蒸馏水，用玻璃 棒搅拌均匀后蒸馏浓缩成泥状物；将上述制得的泥状物，放入马弗炉中，先以5℃/min的速 率程序升温至200℃，保温13min，再以8℃/min的速率程序升温至500℃，保温1h进行煅烧， 冷却至室温后即得一种蜂窝状低温脱硝催化剂。

本发明的具体应用方法：取4g本发明制得的蜂窝状低温脱硝催化剂放入工厂废弃 烟气排出装置中，向里通入氨气，在催化剂的作用下，含NOX的废气与氨气反应降解为无害 气体排出，本发明制得的催化剂在190℃时脱硝效率达到95%，为普通脱硝催化剂脱硝效率 的2倍。

实例3

称取5g纳米碳管，放入高速分散机，加入250mL质量浓度为50%的乙醇溶液，以400r/min 的转速搅拌分散20min，得纳米碳管乙醇悬浮液；向上述制得的悬浮液中，继续加入3g四水 合乙酸锰，放置在超声振荡仪中超声分散20min，之后移入蒸发皿中，加热至80℃蒸发多余 溶剂，得到固体炭锰复合物；用移液管移取30mL钛酸丁酯倒入200mL烧杯中，放置在磁力搅 拌机上以300r/min的转速在常温下搅拌，之后再在搅拌状态下向烧杯中加入15mL乙酰丙 酮，继续搅拌直至液体呈深黄；称取10g上述制备得到的固体炭锰复合物加入到上述烧杯 中，再加入50mL无水乙醇，提高搅拌机转速至500r/min，搅拌3h后将烧杯移入水浴锅中，升 温至70℃，水浴浓缩6h，得到黄溶胶；将上述黄溶胶移入烘箱中，升温至110℃干燥7h得 黄凝胶，之后放入马弗炉中，以600℃的高温煅烧4h，得炭锰掺杂二氧化钛载体；将上述得 到的炭锰掺杂二氧化钛载体浸渍在质量浓度为70%的硝酸铈溶液中，摇床振荡反应18h后取 出，放入500mL烧杯中，放入烘箱以50℃的温度烘干；取60g上述浸渍处理后的载体倒入 500mL烧杯中，加入30g玻璃纤维，5g均三甲苯，20mL硅油和15g面粉和200mL蒸馏水，用玻璃 棒搅拌均匀后蒸馏浓缩成泥状物；将上述制得的泥状物，放入马弗炉中，先以5℃/min的速 率程序升温至200℃，保温15min，再以8℃/min的速率程序升温至500℃，保温2h进行煅烧， 冷却至室温后即得一种蜂窝状低温脱硝催化剂。

本发明的具体应用方法：取5g本发明制得的蜂窝状低温脱硝催化剂放入工厂废弃 烟气排出装置中，向里通入氨气，在催化剂的作用下，含NOX的废气与氨气反应降解为无害 气体排出，本发明制得的催化剂在200℃时脱硝效率达到96%，为普通脱硝催化剂脱硝效率 的3倍。