Mn-Fe-Ti氧化物体系低温选择性催化还原催化剂的制备方法
技术领域
本发明属于物理化学领域,具体涉及一种Mn-Fe-Ti氧化物体系低温选择性催化还原催化剂的制备方法。
背景技术
固定源的氮氧化物(NOx)的处理方法很多,选择性催化还原(SCR)法因其效率和性价比较高,成为火电厂烟气脱硝的主流技术。但目前使用的选择性催化还原NOx的V-W-Ti系列催化剂所需反应温度较高,一般要求控制在573~673K。为避免重复加热烟气,则须将SCR装置置于脱硫除尘之前,但这样,烟气中的SO2和粉尘会产生不同程度的催化剂失活现象,缩短催化剂的寿命;将SCR装置置于脱硫除尘装置之后虽可延长催化剂寿命,但由于脱硫除尘后烟气温度一般都低于433K,又须对烟气重复加热,大大增加脱硝成本;并且,将SCR装置安装在已投用的锅炉上,还必须对除尘器和脱硫装置等设备进行较大的改造,大幅增加投资费用;因此,开发一种低温(≤423K)选择性催化还原催化剂(亦可称低温SCR催化剂)十分必要。
根据国外报导证实MnOx在NO+NH3反应系统有较高活性(参考F.Kapteijn,etc.,Activity and selectivity of pure manganese oxides in theselective catalytic reduction of nitric oxide with ammonia,Appl.Catal.B,1994,3:173-189),MnOx由于含有大量游离的O,使其在催化过程中能够完成良好的催化循环,因此在低温催化中表现出较好的活性(参考T.S.Park,etc.,Selective catalytic reduction of nitrogen oxides with NH3 overnatural manganese ore at low temperature,Ind.Eng.Chem.Res.,2001,40:4491-4495)。根据文献报导,在催化剂中掺杂过渡金属元素有利于提高催化剂活性(参考R.Willi,etc.,Selective reduction of NO by NH3 overvanadia-based commercial catalyst:parametric sensitivity and kineticmodeling.,Chem.Eng.Sci.,1996,51:2897-2902)。而TiO2能够降低硫酸盐类在其表面的稳定性,增加抗SO2性能。将三者结合开发的低温SCR催化剂具有良好的应用前景。本发明将介绍一种应用于低温选择性催化还原NOx(亦可称低温SCR脱硝反应)的Mn-Fe-Ti三元氧化物系列催化剂的制备方法。
发明内容
本发明的目的就是要解决现有技术的不足,提供一种Mn-Fe-Ti氧化物体系低温选择性催化还原催化剂的制备方法,该催化剂特别适用于低温SCR脱硝反应中。
为实现上述目的,本发明的Mn-Fe-Ti氧化物体系低温选择性催化还原催化剂的制备方法包括如下步骤:
(1)于搅拌条件下,将钛酸正丁酯加入到丙烯酸中混匀,然后加入硝酸锰、硝酸亚铁和溶剂,搅拌形成均相溶液;所述钛酸正丁酯、硝酸锰和硝酸亚铁的摩尔比为10:(1~6):1,且钛酸正丁酯、硝酸锰和硝酸亚铁的总和与丙烯酸的摩尔比为1:5~1:1;
(2)将步骤(1)的均相溶液通氮除氧,加入引发剂,然后于60~100℃引发聚合得到固体聚丙烯酸盐;
(3)将步骤(2)得到的固体聚丙烯酸盐干燥得到聚合物前驱体;
(4)将步骤(3)的聚合物前驱体在空气气氛下热解后,研磨得到Mn-Fe-Ti氧化物粉体。
按上述方案,所述步骤(1)中,溶剂为水、乙醇和异丙醇中的一种或几种。
按上述方案,所述步骤(2)中,引发剂为(NH4)2S2O8。
按上述方案,所述步骤(3)中,干燥温度为150~300℃,干燥时间为12~36h。
按上述方案,所述步骤(4)中,热解温度为600~950℃,热解时间为4~12小时。
该方法将丙烯酸单体和钛酸正丁酯混匀,然后加入硝酸锰、硝酸亚铁及溶剂形成均相溶液,再加入引发剂,使单体发生化学交联反应,形成聚合物网络结构,并且钛离子、锰离子及铁离子与羟酸根发生键合反应,从而固定于聚合物网络结构中,最后经烘干得到聚合物前驱体。该聚合物前驱体经过热解、研磨即可得到粒度分布均匀的Mn-Fe-Ti氧化物纳米粉体。本发明方法,操作易于控制,便于实施,制备的聚合物前驱体中的金属离子可以达到离子级的均匀混合,稳定性高,进一步地用该聚合物前驱体烧结制备的Mn-Fe-Ti氧化物粉体粒径可以达到纳米级且分布范围较窄,可为低温烟气SCR脱硝反应提供优良的催化剂材料,具有较好的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例2制备的Mn-Fe-Ti氧化物体系低温选择性催化还原催化剂的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种Mn-Fe-Ti氧化物体系低温选择性催化还原催化剂的制备方法,其具体步骤如下:
(1)在搅拌条件下,将钛酸正丁酯加入到丙烯酸(AA)中混匀;再加入化学纯的硝酸锰及硝酸亚铁,其中钛酸正丁酯、硝酸锰和硝酸亚铁的摩尔比为10:3:1,钛酸正丁酯、硝酸锰和硝酸亚铁的总和与丙烯酸的摩尔比为1:2.5;然后加入乙醇,搅拌形成均相溶液;
(2)通氮气除去溶液体系中的氧气,然后向溶液中加入(NH4)2S2O8引发剂,混合均匀后,置于烘箱中在80℃的温度条件下聚合,得到固体聚丙烯酸盐;
(3)将固体聚丙烯酸盐在200℃下干燥24h,得到聚合物前驱体。
(4)将聚合物前驱体在空气气氛下800℃热解5小时后,研磨得到Mn-Fe-Ti氧化物体系低温选择性催化还原催化剂,即Mn-Fe-Ti氧化物粉体。
实施例2
一种Mn-Fe-Ti氧化物体系低温选择性催化还原催化剂的制备方法,其具体步骤如下:
(1)在搅拌条件下,将钛酸正丁酯加入到丙烯酸(AA)中混匀;再加入化学纯的硝酸锰及硝酸亚铁,其中钛酸正丁酯、硝酸锰和硝酸亚铁的摩尔比为10:4:1,钛酸正丁酯、硝酸锰和硝酸亚铁的总和与丙烯酸的摩尔比为1:3.5;然后加入乙醇与水,搅拌形成均相溶液;
(2)通氮气除去溶液体系中的氧气,然后向溶液中加入(NH4)2S2O8引发剂,混合均匀后,置于烘箱中在80℃的温度条件下聚合,得到固体聚丙烯酸盐;
(3)将固体聚丙烯酸盐在220℃下干燥24h,得到聚合物前驱体。
(4)将聚合物前驱体在空气气氛下700℃热解6小时后研磨得到Mn-Fe-Ti氧化物粉体。
从最终Mn-Fe-Ti氧化物粉体产物的扫描电镜图(图1)可以看出,制备的Mn-Fe-Ti氧化物粉体材料粒径均匀,分布范围窄,约为50纳米。
实施例3
一种Mn-Fe-Ti氧化物体系低温选择性催化还原催化剂的制备方法,其具体步骤如下:
(1)在搅拌条件下,将钛酸正丁酯加入到丙烯酸(AA)中混匀;再加入化学纯的硝酸锰及硝酸亚铁,其中钛酸正丁酯、硝酸锰和硝酸亚铁的摩尔比为10:5:1,钛酸正丁酯、硝酸锰和硝酸亚铁的总和与丙烯酸的摩尔比为1:4.5;然后加入异丙醇与水,搅拌形成均相溶液;
(2)通氮气除去溶液体系中的氧气,然后向溶液中加入(NH4)2S2O8引发剂,混合均匀后,置于烘箱中在80℃的温度条件下聚合,得到固体聚丙烯酸盐;
(3)将固体聚丙烯酸盐在240℃下干燥36h,得到聚合物前驱体。
(4)将聚合物前驱体在空气气氛下600℃热解8小时研磨得到Mn-Fe-Ti氧化物粉体。