CN102000561A - 高温选择性催化还原NOx催化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于大气污染控制技术领域，具体涉及一种利用溶胶-凝胶法制备的基于WO3-TiO2系统的高温选择性催化还原NOx催化剂及其制备方法。其是将无水乙醇、钛酸丁酯和冰醋酸按体积比2∶1∶1混合均匀，得到溶液A；将仲钨酸铵溶解于质量浓度为5％的草酸溶液，得到B溶液；将一定量的B溶液缓慢滴加到A溶液中，不断搅拌形成均匀稳定的溶胶，陈化、干燥后得到干凝胶；用研钵将干凝胶研磨后将其置于马弗炉中煅烧，从而得到以WO3为活性组分的WO3-TiO2高温选择性催化还原NOx催化剂。本发明制备的催化剂，不但工艺步骤简单、生产成本低，而且在450℃～550℃活性温度窗口中，有较高的脱硝率，使用寿命长，热稳定性高。

Description

高温选择性催化还原NOx催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于大气污染控制技术领域，具体涉及一种利用溶胶-凝胶法制备的基于WO3-TiO2系统的高温选择性催化还原NOx催化剂及其制备方法。
背景技术
经过多年的研究与实践，以氨气(NH3)作为还原剂的选择催化还原(SelectiveCatalytic Reduction-SCR)氮氧化物(NOx)技术已经日趋成熟，工业应用的SCR催化剂主要为V2O5-WO3/TiO2系统催化剂，此类催化剂的操作温度范围大致300-400℃之间。然而，当废气的排放温度超过500℃时，钒系催化剂显著的增强了NH3的直接氧化，导致了NOx的去除率显著的降低。相比于传统的V2O5-WO3/TiO2系统催化剂，WO3-TiO2系统催化剂在高温状态下具有更好的催化活性和高温稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种以WO3为活性组分，TiO2为载体的高温选择性催化还原NOx催化剂及其制备方法，以有效解决现有技术存在的在高温状况下催化剂脱硝率低，使用寿命较短的问题。
为解决上述问题，本发明所述高温选择性催化还原NOx催化剂，其特征在于：是以WO3为活性组分、TiO2为载体，其活性组分WO3占整体催化剂质量分数的10～30％。
上述催化剂的制备方法依次包括下述步骤：
(1)将无水乙醇、钛酸丁酯和冰醋酸按体积比2∶1∶1混合均匀，得到溶液A；将仲钨酸铵溶解于质量浓度为5％的草酸溶液，得到B溶液，溶液B中仲钨酸铵的质量是草酸质量的1.6倍；
(2)将一定量的B溶液缓慢滴加到A溶液中，其中仲钨酸铵与钛酸丁酯的质量比为0.029∶1～0.11∶1，不断搅拌，形成均匀稳定的溶胶，陈化40～60小时后，置于烘箱中于50～60℃温度条件下干燥16～30小时，得到干凝胶；用研钵将干凝胶研磨30～50分钟后将其置于马弗炉中于550～650℃温度条件下煅烧3～6小时，从而得到以WO3为活性组分的WO3-TiO2高温SCR催化剂。
本发明制备的催化剂，不但工艺步骤简单、生产成本低，而且在450℃～550℃活性温度窗口中，有较高的脱硝率，使用寿命长，热稳定性高。
附图说明
图1：不同WO3含量的WO3-TiO2催化剂的XRD谱图。
其中，各谱线对应的WO3含量的含量为a：10wt.％WO3-TiO2、b：15wt.％WO3-TiO2、c：20wt.％WO3-TiO2、d：25wt.％WO3-TiO2、e：30wt.％WO3-TiO2。
图2：不同WO3含量的WO3-TiO2催化剂的催化活性谱图。
其中，各曲线对应的WO3含量的含量为a：10wt.％WO3-TiO2、b：15wt.％WO3-TiO2、c：20wt.％WO3-TiO2、d：25wt.％WO3-TiO2、e：30wt.％WO3-TiO2。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1：
采用溶胶-凝胶法，将16ml无水乙醇、8ml钛酸丁酯和8ml冰醋酸经搅拌混合均匀得到溶液A；将0.229g仲钨酸铵溶于2.7ml、5％的草酸溶液得到溶液B；再将B溶液缓慢的滴加到A溶液中，不断搅拌，形成均匀稳定的溶胶，陈化48小时，置于烘箱中60℃干燥24小时，得到干凝胶。用研钵将干凝胶研磨40分钟，将其置于马弗炉中600℃煅烧4小时，得到WO3质量分数为10％的WO3-TiO2高温SCR催化剂样品2.08g。
应用处理，将400mg催化剂样品装入催化反应器中，通入模拟烟气，控制其流速为200ml/min。气体组成：500ppm的NO(其中含约5％体积的NO2)，500ppm的NH3，O2占模拟烟气的体积比为5％，水汽占模拟烟气体积比为5％，其余为平衡气体N2。反应温度450～550℃的条件下，NO脱除率约为80％。
实施例2：
采用溶胶-凝胶法，将16ml无水乙醇、8ml钛酸丁酯和8ml冰醋酸经搅拌混合均匀得到溶液A；将0.364g仲钨酸铵溶于4.56ml 5％的草酸溶液得到溶液B；再将B溶液缓慢的滴加到A溶液中，不断搅拌，形成均匀稳定的溶胶，陈化48小时，置于烘箱中60℃干燥24小时，得到干凝胶。用研钵将干凝胶研磨40分钟，将其置于马弗炉中600℃煅烧4小时，得到WO3质量分数为15％的WO3-TiO2高温SCR催化剂样品2.21g。
应用处理，将400mg催化剂样品装入催化反应器中，通入模拟烟气，控制其流速为200ml/min。气体组成：500ppm的NO(其中含约5％体积的NO2)，500ppm的NH3，O2占模拟烟气的体积比为5％，水汽占模拟烟气体积比为5％，其余为平衡气体N2。反应温度450～550℃的条件下，NO脱除率约为80％。
实施例3：
采用溶胶-凝胶法，将16ml无水乙醇、8ml钛酸丁酯和8ml冰醋酸经搅拌混合均匀得到溶液A；将0.512g仲钨酸铵溶于6.4ml、5％的草酸溶液得到溶液B；再将B溶液缓慢的滴加到A溶液中，不断搅拌，形成均匀稳定的溶胶，陈化48小时，置于烘箱中60℃干燥24小时，得到干凝胶。用研钵将干凝胶研磨40分钟，将其置于马弗炉中600℃煅烧4小时，得到WO3质量分数为20％的WO3-TiO2高温SCR催化剂样品2.35g。
应用处理，将400mg催化剂样品装入催化反应器中，通入模拟烟气，控制其流速为200ml/min。气体组成：500ppm的NO(其中含约5％体积的NO2)，500ppm的NH3，O2占模拟烟气的体积比为5％，水汽占模拟烟气体积比为5％，其余为平衡气体N2。反应温度450～550℃的条件下，NO脱除率约为85％。
实施例4
采用溶胶-凝胶法，将16ml无水乙醇、8ml钛酸丁酯和8ml冰醋酸经搅拌混合均匀得到溶液A；将0.684g仲钨酸铵溶于8.55ml 5％的草酸溶液得到溶液B；再将B溶液缓慢的滴加到A溶液中，不断搅拌，形成均匀稳定的溶胶，陈化48小时，置于烘箱中60℃干燥24小时，得到干凝胶。用研钵将干凝胶研磨40分钟，将其置于马弗炉中600℃煅烧4小时，得到WO3质量分数为25％的WO3-TiO2高温SCR催化剂样品2.51g。
应用处理，将400mg催化剂样品装入催化反应器中，通入模拟烟气，控制其流速为200ml/min。气体组成：500ppm的NO(其中含约5％体积的NO2)，500ppm的NH3，O2占模拟烟气的体积比为5％，水汽占模拟烟气体积比为5％，其余为平衡气体N2。反应温度450～550℃的条件下，NO脱除率约为93％。
实施例5
采用溶胶-凝胶法，将16ml无水乙醇、8ml钛酸丁酯和8ml冰醋酸经搅拌混合均匀得到溶液A；将0.88g仲钨酸铵溶于11ml 5％的草酸溶液得到溶液B；再将B溶液缓慢的滴加到A溶液中，不断搅拌，形成均匀稳定的溶胶，陈化48小时，置于烘箱中60℃干燥24小时，得到干凝胶。用研钵将干凝胶研磨40分钟，将其置于马弗炉中600℃煅烧4小时，得到WO3质量分数为30％的WO3-TiO2高温SCR催化剂样品2.69g。
应用处理，将400mg催化剂样品装入催化反应器中，通入模拟烟气，控制其流速为200ml/min。气体组成：500ppm的NO(其中含约5％体积的NO2)，500ppm的NH3，O2占模拟烟气的体积比为5％，水汽占模拟烟气体积比为5％，其余为平衡气体N2。反应温度450～550℃的条件下，NO脱除率约为85％。

Claims (2)

1.一种高温选择性催化还原NOx催化剂，其特征在于：是以WO3为活性组分、TiO2为载体，其活性组分WO3占整体催化剂质量分数的10～30％。
2.如权利要求1所述的一种高温选择性催化还原NOx催化剂的制备方法，其步骤如下：
(1)将无水乙醇、钛酸丁酯和冰醋酸按体积比2∶1∶1混合均匀，得到溶液A；将仲钨酸铵溶解于质量浓度为5％的草酸溶液，得到B溶液，溶液B中仲钨酸铵的质量是草酸质量的1.6倍；
(2)将一定量的B溶液缓慢滴加到A溶液中，其中仲钨酸铵与钛酸丁酯的质量比为0.029∶1～0.11∶1，不断搅拌，形成均匀稳定的溶胶，陈化40～60小时后，置于烘箱中于50～60℃温度条件下干燥16～30小时，得到干凝胶；用研钵将干凝胶研磨30～50分钟后将其置于马弗炉中于550～650℃温度条件下煅烧3～6小时，从而得到以WO3为活性组分的WO3-TiO2高温选择性催化还原NOx催化剂。
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