Fe-NaY-C-
凹
土复合烟气脱硝催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种Fe-NaY-C-凹土复合烟气脱硝催化剂的制备方法,具体地说是一种以秸秆为原料制备NaY/C,添加凹土和铁盐溶液制备Fe-NaY-C-凹土复合烟气脱硝催化剂的方法。
背景技术
氮氧化物(NOx)是对人类健康和环境具有严重危害的大气主要污染物,其主要来源于机动车尾气和燃煤电厂的烟气,随着社会的发展,其排放标准将越来越严格。以NH3为还原剂的选择性还原(SCR)脱硝法是最经济、高效的脱硝方法,在国内外有着广泛的应用,该技术的核心是催化剂的制备。现有的脱硝催化剂是TiO2为载体负载V2O5和WO3制备(ZL200910030398.2、CN102274723A),存在价格高,窗口温度高的缺点,钒还是对环境具有较大毒性的金属。为降低成本,许多廉价载体被用来制备脱硝催化剂,如堇青石(ZL 200710062007.6)、活性炭(ZL03145680.4)、高岭土( ZLCN102389791A)、膨润土(ZL200610028191.8)、和粉煤灰(ZL200310100420.9)等被用来负载Fe、Cu、V和Cr等金属氧化物制备脱硝催化剂。
凹凸棒石黏土(以下简称凹土)也可用做载体制备脱硝催化剂,如负载TiO2和活性组分(CN101862648A),或者与粉煤灰复合(CN102000564A)负载MnOx,或者与稻壳制备的活性炭(CN102744075A)、沸石-活性炭(CN102744095A)复合负载CuO制备脱硝催化剂,取得了较好的脱硝效果。NaY沸石具有较高比表面积,也是脱硝催化剂的常用载体(Catalysis Today,2012,6~11)。
发明内容
本发明的目的是:提供一种Fe-NaY-C-凹土复合烟气脱硝催化剂的制备方法,以秸秆为原料,经炭化、添加碱液、铝源和导向剂制备NaY/C复合材料,随后添加凹土、铁盐溶液加热回流处理,最后挤条成型、煅烧制备Fe-NaY-C-凹土复合烟气脱硝催化剂,工艺简单,生产成本低,制备效率高。
本发明的技术解决方案是:首先,秸秆经粉碎机粉碎后在气氛炉中氮气气氛下炭化,得秸秆活性炭;然后,秸秆活性炭中添加碱液、铝源和导向剂水热晶化,抽滤,水洗,烘干得到NaY/C复合材料;最后,NaY/C复合材料和凹土依次添加到硝酸铁溶液中,加热回流处理,烘干,挤条成型,氮气保护下煅烧,得Fe-NaY-C-凹土复合烟气脱硝催化剂。
本发明的催化剂的具体制备步骤如下:
(1)秸秆采用粉碎机粉碎,置于保护气氛炉中,通入氮气,以10℃/min升温到600~800℃炭化,保温2h,冷却至室温,得秸秆活性炭;
(2)按照固液质量体积比1:4,将秸秆活性炭加入到110g/LNaOH溶液中,搅拌30min,随后添加30~70g/LNaAlO2溶液和摩尔组分比17Na2O:
Al2O3:17SiO2:350 H2O的导向剂,NaAlO2溶液和导向剂体积分别为碱液体积的68.5%和35%,搅拌30min,转移到带聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中,90℃晶化24h,冷却、抽滤、水洗、烘干,得到NaY-C复合材料;
(3)按照固液质量体积比1:20,将NaY-C复合材料转移到6.48~12.96g/L硝酸铁溶液中,随后加入质量为NaY-C复合材料3倍的凹土,搅拌1h,加热回流处理2h,烘干,挤条机挤条,转移到气氛炉中在氮气保护下500℃炭化2h,得到Fe-NaY-C-凹土复合脱硝催化剂。
本发明与现有技术相比:采用廉价凹土和秸秆为原料制备载体,活性组分为廉价铁盐,成本较低;凹土同时为粘结剂和催化剂的载体,提高了凹土的使用价值;采用回流处理,Fe3+与沸石中金属离子交换,同时可在载体表面形成的FeO纳米粒子,催化组分活性高;秸秆制备的NaY-C复合材料具有较大的比表面积,加入凹土中,增加了催化剂的孔隙,提高催化剂对气体的吸附和脱硝率。
具体实施方式
下面结合具体的实施例,进一步详细地描述本发明;应理解,这些实施例只是为了举例说明本发明的技术解决方案,而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1:秸秆采用粉碎机粉碎,置于保护气氛炉中,在氮气下煅烧,800℃保温2h,冷却,得秸秆活性炭;称取5g秸秆活性炭,加入20mL110g/LNaOH溶液,搅拌30min,再加入13.7mL23g/LNaAlO2溶液和7mL导向剂,搅拌30min,转移到反应釜中,90℃晶化24h,冷却、抽滤、水洗、烘干,得到NaY-C复合材料;将5gNaY-C复合材料、15g凹土加入到100mL 6.48g/L硝酸铁溶液中,搅拌1h,加热回流处理2h,烘干,挤条机挤条,转移到气氛炉中在氮气保护下500℃炭化2h,得到Fe含量为3%的Fe-NaY-C-凹土复合脱硝催化剂。
实施例2:秸秆采用粉碎机粉碎,置于保护气氛炉中,在氮气下煅烧,700℃保温2h,冷却,得秸秆活性炭;称取5g秸秆活性炭,加入20mL110g/LNaOH溶液,搅拌30min,然后加入13.7mL50g/LNaAlO2溶液和7mL导向剂,搅拌30min,转移到反应釜中,90℃晶化24h,冷却、抽滤、水洗、烘干,得到NaY-C复合材料;将5gNaY-C复合材料、15g凹土加入到100mL 9.72g/L硝酸铁溶液中,搅拌1h,加热回流处理2h,烘干,挤条机挤条,转移到气氛炉中在氮气保护下500℃炭化2h,得到Fe含量为4.5%的Fe-NaY-C-凹土复合脱硝催化剂。
实施例3:秸秆采用粉碎机粉碎,置于保护气氛炉中,在氮气下煅烧,600℃保温2h,冷却,得秸秆活性炭;称取5g秸秆活性炭,加入20mL110g/LNaOH溶液,搅拌30min,然后加入13.7mL70g/LNaAlO2溶液和7mL导向剂,搅拌30min,转移到反应釜中,90℃晶化24h,冷却、抽滤、水洗、烘干,得到NaY-C复合材料;将5gNaY-C复合材料、15g凹土加入到100mL 12.96g/L硝酸铁溶液中,搅拌1h,加热回流处理2h,烘干,挤条机挤条,转移到气氛炉中在氮气保护下500℃炭化2h,得到Fe含量为6%的Fe-NaY-C-凹土复合脱硝催化剂。
本发明的脱硝催化剂应用方法如下:将0.8g脱硝催化剂加入到固定床反应器中,入口气体组成为1000×10−6 NO,1200×10−6
NH3,5%
O2及平衡气N2,总流速为300 mL/min,对应的空速为8000 L/(kg·h),反应温度为300℃,烟气分析仪检测出口NO浓度;实施例1的脱硝催化剂的脱硝率为91.3%;实施例2的脱硝催化剂的脱硝率为93.4%;实施例3的脱硝催化剂的脱硝率为95.2%。