一種低成本scr脫硝催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)境催化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低成本SCR脫硝催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氮氧化物(NOx)是大氣中的主要污染物之一，能夠?qū)е鹿饣瘜W(xué)煙霧、酸雨、臭氧層 破壞等重大環(huán)境問題，同時(shí)具有生物呼吸毒性。NO x的來源可分為自然源和人為源，在人為 源中，以燃煤電廠煙氣為代表的固定源占據(jù)了大約70%的排放份額，如何有效去除NO x成為 當(dāng)今環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的的重要課題。以NH3為還原劑的選擇性催化還原NOx(NH 3-SCR)技術(shù)自20 世紀(jì)70年代開始已經(jīng)廣泛應(yīng)用于固定源煙氣脫硝，目前該反應(yīng)過程中催化劑至關(guān)重要，大 部分脫硝過程中的費(fèi)用來自催化劑的老化和還原劑的消耗，其中脫硝催化劑的投資通常占 整個(gè)脫硝投資的40%~60%，而目前廣泛應(yīng)用的催化劑主要是WO 3或MoO3摻雜的V2〇5/Ti〇2體 系，一方面該催化劑存在一些缺陷如:低溫反應(yīng)活性差、反應(yīng)溫度窗口窄、活性組分V 2O5易升 華、高溫時(shí)仏選擇性下降等；另一方面該催化劑的生產(chǎn)技術(shù)目前主要被國(guó)外少數(shù)公司壟斷， 如丹麥的托普索、日本的觸媒化成等。目前我國(guó)生產(chǎn)的SCR催化劑也主要依靠引進(jìn)國(guó)外技 術(shù)，其尚未真正實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，因此，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SCR脫硝催化劑對(duì)我國(guó)煙氣脫 硝具有重大意義。近些年，我國(guó)研發(fā)的SCR催化劑主要是以銳鈦型TiO 2或分子篩為載體的催 化劑，但是其制作成本較高，阻礙了其廣泛的應(yīng)用。因此，尋求廉價(jià)SCR催化劑的制備方法， 對(duì)于推動(dòng)固定源煙氣脫硝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0003] 申請(qǐng)公開號(hào)為CN103301863B的中國(guó)發(fā)明專利《基于鋼渣的SCR脫硝催化劑及其制 備方法》（申請(qǐng)?zhí)?CN201310282608.3)披露了 一種以固體冶金鋼渣為原料，經(jīng)酸洗干燥后制 成的表面積為4.8174~54.6885m2/g，平均孔徑為64~IlOnm的SCR脫硝催化劑。該催化劑沒 有添加活性組分、制備工藝簡(jiǎn)單，但是其反應(yīng)溫度窗口較窄150~250°C，脫硝效率為78~ 84%，其總體的催化效果有待于進(jìn)一步改進(jìn)。
[0004] 申請(qǐng)公開號(hào)為CN103894186B的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)《一種酸溶性鈦渣制備鈦錳系低 溫脫硝催化劑材料的方法》（【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410130839.7)披露了一種在硫酸法生產(chǎn)鈦白粉 工藝的基礎(chǔ)上，削減工藝流程以保留有助于提高脫硝活性的元素，以酸溶性鈦渣為原料，將 其進(jìn)行酸解、水解后得到的偏鈦酸為載體，采用共沉淀法加入乙酸錳制備的低溫脫硝催化 材料的制備方法。該催化劑的制備成本較低，但是其存在制備步驟復(fù)雜苛刻、制備過程產(chǎn)生 大量廢液和廢渣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明公開一種低成本SCR脫硝催化劑及其制 備方法。
[0006] 本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 1.-種低成本SCR脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 步驟一將鈦渣破碎，篩分出20~40目的鈦渣溶于質(zhì)量濃度為15wt %的氫氧化鈉溶 液中，其中，鈦渣和氫氧化鈉溶液的質(zhì)量體積比為0.3g/mL，置于70~90°C的水熱釜中處理3 ~5h，然后將鈦渣過濾洗滌至中性，再在105~120°C條件下干燥處理5~10h，最后于400°C 焙燒處理5h得到催化劑載體；
[0009] 步驟二稱取V2O5前驅(qū)體0.064~0.193重量份、WO 3前驅(qū)體1.640~3.557重量份和與 前兩者總重量相等的草酸溶于去離子水中，在室溫下攪拌處理30min，再加入SnO 2前驅(qū)體 0.997~2.852重量份和CuO前驅(qū)體4.126~4.822重量份，攪拌30~90min;
[0010] 步驟三將催化劑載體置于步驟二所得的溶液中，在室溫下將其置于超重力旋轉(zhuǎn)填 充床中于100~200g的超重力下浸漬處理3~5h后，在110°C下蒸干水分，最后在空氣氣氛中 于550~650°C下煅燒4~6h，即得到SCR脫硝催化劑。
[0011] 進(jìn)一步的改進(jìn)，所述步驟一中，鈦渣為高鈦渣;反應(yīng)溫度為90°c，反應(yīng)時(shí)間為3h;干 燥處理的溫度為120°C，時(shí)間為5h;
[0012] 所述步驟二中，稱取V2O5前驅(qū)體0.193g，所述V 2O5前驅(qū)體為偏釩酸銨;稱取WO3前驅(qū) 體3.557g，所述WO 3前驅(qū)體為鎢酸鈉；以及3.75g草酸溶于IOOmL去離子水中，在室溫下攪拌 處理30min;加入CuO前驅(qū)體5.894g，所述CuO前驅(qū)體為硝酸銅，以及SnO 2前驅(qū)體5.358g，所述 Sn〇2前驅(qū)體為四氯化錫，繼續(xù)攪拌90min;
[0013] 所述步驟三中，將步驟一制得的41.5g催化劑載體置于步驟二所得的溶液中；在 200g的超重力下浸漬處理3h;在空氣氣氛中于650°C下煅燒4h。
[0014] 進(jìn)一步的改進(jìn)，所述V2O5前驅(qū)體為偏釩酸銨。
[0015] 進(jìn)一步的改進(jìn)，所述WO3前驅(qū)體為鎢酸銨或鎢酸鈉。
[0016] 進(jìn)一步的改進(jìn)，所述SnO2前驅(qū)體為硫酸亞錫或四氯化錫。
[0017] 進(jìn)一步的改進(jìn)，所述CuO前驅(qū)體為硝酸銅、氯化銅或硫酸銅。
[0018] 進(jìn)一步的改進(jìn)，所述鈦渣為低鈦渣或高鈦渣中的一種。
[0019] -種由權(quán)利要求低成本SCR脫硝催化劑，包括以下重量份的組分： V2O5 0.1~0_3 份， WO3 3.0'5.0 份，
[0020] SnO2 1.4 ~ 6.2 , CuO 3.5 ~ 5.5 份， 催化劑載體 83 ~ 92份。
[0021] 進(jìn)一步的改進(jìn)，所述催化劑按包括以下重量份的組分： V2Q5 0.3#, WO3 5.0 份，
[0022] SnO2 6.2 份， CuO 5.5 份， 催化劑載體 83份。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：
[0024] 1.本發(fā)明的催化劑采用廉價(jià)的鈦渣作為催化劑載體，其原料成本較低；同時(shí)催化 劑的制備工藝簡(jiǎn)單，易于操作，在一定程度上降低了生產(chǎn)成本；
[0025] 2.對(duì)鈦渣的適用范圍廣，無(wú)論高鈦渣還是低鈦渣都可以應(yīng)用在本發(fā)明的催化劑 中，為鈦渣的充分利用提供了一條新的途徑；
[0026] 3.本發(fā)明所制備的催化劑較傳統(tǒng)的催化劑反應(yīng)溫度窗口寬(200~500°C)，催化活 性高，同時(shí)將V2O5的含量從傳統(tǒng)的1~2wt%降低到0.1~0.3wt%，大大降低了催化失活后對(duì) 環(huán)境造成的危害；
[0027] 4.本發(fā)明在浸漬過程中引入超重力處理，一方面可以使活性組分充分進(jìn)入催化劑 的孔道內(nèi)部，并得到均勻分散。另一方面與傳統(tǒng)的浸漬法相比大大縮短了浸漬時(shí)間，提高了 催化劑的生產(chǎn)效率。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本技術(shù)領(lǐng)域人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并使本發(fā)明的上述特征、 目的及優(yōu)點(diǎn)更加清晰易懂，現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步解釋說明，應(yīng)當(dāng)指出的是，在此 列出的所有實(shí)施例僅僅是說明性的，并不意味著對(duì)本發(fā)明范圍進(jìn)行限定。實(shí)施例中所用的 高鈦渣和低鈦渣的具體成分見表1和表2.
[0029]表1低鈦渣成分組成
[0031]表2高鈦渣成分組成
[0033] 實(shí)施例1
[0034] 本實(shí)施例的低成本SCR脫硝催化劑的制備方法，是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：
[0035] 步驟一將低鈦渣破碎（成分如表1.1所示），篩分出150g的20~40目的鈦渣溶于 500mL質(zhì)量濃度為15wt%的氫氧化鈉溶液中，置于70°C的水熱釜中處理5h，然后將鈦渣過濾 洗滌至中性，再在105°C條件下干燥處理IOh，最后于400°C焙燒處理5h得到催化劑載體； [0036] 步驟二分別稱取0.064g偏釩酸銨、1.640g鎢酸銨和1.704g草酸溶于IOOmL去離子 水中，在室溫下攪拌處理30min，然后向其中加入4.126硝酸銅和0.997g硫酸亞錫繼續(xù)攪拌