CN104888762A - 一种烟气脱硫、脱氮半导体纳米催化剂及制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种烟气脱硫、脱氮半导体纳米催化剂及制造方法；更具体地说，该催化剂包括载体、半导体纳米催化膜。载体为各种陶瓷，或为各种耐高温材料，或为耐热玻璃，或为合金材料；半导体纳米催化膜为半导体复合瓷质物，半导体纳米催化膜用化学气相生长工艺植入到载体表面晶格之中。在该半导体纳米催化剂作用下，烟气中98％以上的二氧化硫和95％以上的一氧化氮与氧气和水反应，转化成可再生利用的硫酸(或亚硫酸)和硝酸(或亚硝酸)，该半导体纳米催化剂有效使用时间最高可达30000小时，是一种高效消除烟气中有害污染物的催化剂。
Description
技术领域
本发明属于催化材料及环境保护领域，具体为一种烟气脱硫、脱氮半导体纳米催化剂及制造方法。
背景技术
燃烧煤炭或垃圾时产生的大量SO2和NOx是造成严重空气污染的重要毒素，科研人员经过几十年的努力，已经研究出许多消除烟气中SO2和NOx的技术，其中最重要的技术之一是利用催化剂提高消除SO2和NOx的效率，但是到目前还没有即具有适应环境范围广、效率高、有效时间长的技术优势，又具备价格优惠、使用方便等经济优势的催化剂。
目前，已经申请的用于消除SO2和NOx的催化剂专利很多，但同时消除二氧化硫和氮氧化物的催化剂为数不多，现有的技术是将单独消除二氧化硫的催化剂和单独消除氮氧化物的催化剂混合使用，而且在300-400℃条件下催化效果较好，处理环境要求高、工艺复杂，所以开发一种在环境恶劣(粉尘多)、温度较低(70℃-500℃)的条件下能够高效消除SO2和NOx，而且抗碱金属中毒能力强、制造成本低廉的催化剂，对减少空气污染物、保护环境具有重要的意义。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供一种烟气脱硫、脱氮半导体纳米催化剂及制造方法。
本发明一种烟气脱硫、脱氮半导体纳米催化剂，在低温(70℃-500℃)条件下也能将烟气中的二氧化硫和氮氧化物同时消除掉，该催化剂包括载体(1)、半导体纳米催化膜(2)；所述半导体纳米催化膜(2)用化学气相生长工艺植入到载体表面晶格之中。
所述载体(1)的结构可以是实心球型体、空心球型体、异形体等各种形状；所述载体的材质主要是各种陶瓷(氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷……等)、各种耐高温材料(碳化硅、碳化硼、氮化硼、氮化硅、磷化硼、磷化硅、耐火水泥……等)、耐热玻璃(高硼硅玻璃、石英玻璃、微晶玻璃……等)、合金材料；最常用的材质主要包括：氧化铝陶瓷、碳化硅……等。
所述半导体纳米催化膜(2)的主要成分为半导体复合瓷质物，所述半导体复合瓷质物成分中含有金属锡、钛、锑、锰离子，其在半导体纳米催化膜(2)中的摩尔当量份比为：锡＜100％、钛＜100％、锑＜100％、锰＜100％，优选摩尔当量份比为锡≤40％、钛≤50％、锑≤10％、锰≤40％；所述半导体纳米催化膜(2)的成分中还可以掺杂一种或一种以上微量元素，所述微量元素可以从铋、铑、铍、钼、钯、铁、镍、锂、铌、钒、银、钴、镉、铜、镁、铬、铂、钙、钽、锆、钨、锌、铟、铝、锶、硼、硅……等离子中选择；所述每一种微量元素在半导体纳米催化膜(2)中的摩尔当量份比为：≤50％。
本发明的制造方法，包括：
A.制备半导体纳米催化膜(2)原料溶液，其中溶剂为乙醇，溶质为四氯化锡(SnCl4)、四氯化钛(TiCl4)、三氯化锑(sbCl3)、氯化锰(MnCl2)；根据半导体纳米催化膜(2)的组分及其摩尔当量比，分别将四氯化锡、四氯化钛、三氯化锑、氯化锰溶在乙醇溶液中，制成半导体纳米催化膜(2)原料溶液，取出适量原料溶液(如15mg)盛在瓷质蒸发皿中备用。
B.把预先处理好的载体(1)放入化学气相生长炉的料舱内，加温至400℃～650℃。
C.将化学气相生长炉的汽源加热台升温至250℃～280℃。
D.将盛有上述半导体纳米催化膜原料溶液的瓷质蒸发皿，放入化学气相生长炉的汽源加热台上。
E.当蒸发皿有蒸汽产生时翻动化学气相生长炉料舱内的载体(1)，直到蒸发皿内的催化膜原利溶液全部蒸发，此时在载体(1)表面的晶格中生成均匀的半导体复合瓷质物半导体纳米催化膜(2)。
上述半导体纳米催化膜(2)原料溶液中还可以添加一种或一种以上微量金属盐或非金属盐或氧化物，所述金属盐或非金属盐或氧化物分别从含铋、或铑、或铍、或钼、或钯、或铁、或镍、或锂、或铌、或钒、或银、或钴、或镉、或铜、或镁、或铬、或铂、或钙、或钽、或锆、或钨、或锰、或锌、或铟、或铝、或锶、或硼、或硅离子的金属盐或非金属盐或氧化物中选择，优先选择卤族氯盐；所添加的每一种金属盐或非金属盐或氧化物在半导体纳米催化膜(2)中的摩尔当量份比为：≤50％。
本发明的半导体纳米催化剂的特点及其优异效果
1、在低温(70℃-500℃)条件下活性较高，能将烟气中的二氧化硫和氮氧化物同时消除掉。
2、本发明半导体纳米催化剂的半导体纳米催化膜(2)与载体(1)之间，以分子间相互植入形式结合， 不易分离，半导体纳米催化膜(2)质地坚硬，比表面积大，具有很强的自洁能力、抗热冲击能力、抗摩擦能力、抗酸腐蚀能力，可在腐蚀性强、灰尘大的恶劣环境中也能发挥有效的催化作用，有效使用时间最高可达30000小时以上。
3、本发明的半导体纳米催化剂表面，具有良好的电子流动性，能够快速吸收或释放游离电子。
本发明的半导体纳米催化剂具有活性高、稳定性好的特点，在70℃-500℃环境中该半导体纳米催化剂作用下，烟气中98％以上的二氧化硫和95％以上的一氧化氮与氧气和水反应，转化成可再生利用的硫酸(或亚硫酸)和硝酸(或亚硝酸)，该半导体纳米催化剂有效使用时间最高可达30000小时，是一种高效消除烟气中有害污染物的催化剂。
4、原料均属普通化工原料，价格低廉、来源充足。
5、原料消耗量极少，制备每平方米半导体纳米催化膜(2)(展开面积)所消耗原料不足5g。
本发明的用途
本发明的半导体纳米催化剂，可广泛用于燃煤锅炉或炼钢高炉或垃圾焚烧炉或水泥烧结炉等所有产生烟气设施中，消除所排放烟气中的SO2和NO等有害污染物，对低成本防治大气污染具有重要意义。
附图说明
为了更清楚说明本发明，结合附图对本发明做详细的描述，但其对本发明的范围无任何限制。
图1：实心球型体载体(1)半导体纳米催化剂横断面结构示意图。
图2：空心球型体载体(1)半导体纳米催化剂横断面结构示意图。
具体实施方式
实施例一
将40克SnCl4·5H20、30克TiCl4、5克sbCl3、25克MmCl2溶解于200毫升乙醇，制备澄清的半导体纳米催化膜(2)原料溶液，取其中15克配制好的原料溶液盛在瓷质蒸发皿中备用；把预先处理好的直径为18mm～20mm实心刚玉陶瓷球载体(1)，放入化学气相生长炉的料舱内，炉内温度控制在580℃±12℃；将化学气相生长炉的汽源加热台升温并控制在260℃±12℃；将盛有15克半导体纳米催化膜(2)原料溶液的瓷质蒸发皿，放入化学气相生长炉的汽源加热台上；当蒸发皿有蒸汽产生时翻动化学气相生长炉料舱内的实心刚玉陶瓷球载体(1)，直到蒸发皿内的半导体纳米催化膜(2)原料溶液全部蒸发，此时在实心刚玉陶瓷球表面的晶格中均匀的生成半导体复合瓷质物半导体纳米催化膜(2)，所述半导体纳米催化膜(2)的厚度为0.08μ-1.50μ。
实施例二
将50克SnCl4·5H2O、40克TiCl4、8克sbCl3、35克MnCl2溶解于250毫升乙醇，制备澄清的半导体纳米催化膜(4)原料溶液，取其中20克配制好的原料溶液盛在瓷质蒸发皿中备用；把预先处理好的直径为20mm～25mm空心刚玉陶瓷球载体(3)，放入化学气相生长炉的料舱内，炉内温度控制在600℃±10℃；将化学气相生长炉的汽源加热台升温并控制在270℃±10℃；将盛有20克半导体纳米催化膜(4)原料溶液的瓷质蒸发皿，放入化学气相生长炉的汽源加热台上；当蒸发皿有蒸汽产生时翻动化学气相生长炉料舱内的空心刚玉陶瓷球载体(3)，直到蒸发皿内的半导体纳米催化膜(4)原料溶液全部蒸发，此时在空心刚玉陶瓷球表面的晶格中均匀的生成半导体复合瓷质物半导体纳米催化膜(4)，所述半导体纳米催化膜(4)的厚度为0.05μ-1.80μ。
Claims (6)
1.一种烟气脱硫、脱氮半导体纳米催化剂，其特征在于，所述的半导体纳米催化剂，能将烟气中的二氧化硫和氮氧化物同时消除掉，该催化剂包括载体、半导体纳米催化膜，所述半导体纳米催化膜用化学气相生长工艺植入到载体表面晶格之中。
2.根据权利要求1所述的一种烟气脱硫、脱氮半导体纳米催化剂，其特征在于，所述载体的结构可以是实心球型体、空心球型体、异形体等各种形状；所述载体的材质主要是各种陶瓷(氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷……等)、各种耐高温材料(碳化硅、碳化硼、氮化硼、氮化硅、磷化硼、磷化硅、耐火水泥……等)、耐热玻璃(高硼硅玻璃、石英玻璃、微晶玻璃……等)、合金材料；最常用的材质主要包括氧化铝陶瓷、碳化硅……等。
3.根据权利要求1所述的一种烟气脱硫、脱氮半导体纳米催化剂，其特征在于，所述半导体纳米催化膜的主要成分为半导体复合瓷质物，所述半导体复合瓷质物成分中含有金属锡、钛、锑、锰离子，其在半导体纳米催化膜中的摩尔当量份比为：锡＜100％、钛＜100％、锑＜100％、锰＜100％，优选摩尔当量份比为锡≤40％、钛≤50％、锑≤10％、锰≤40％。
4.根据权利要求1或3所述的一种烟气脱硫、脱氮半导体纳米催化剂，其特征在于，所述半导体纳米催化膜的成分中还可以掺杂一种或一种以上微量元素，所述微量元素可以从铋、铑、铍、钼、钯、铁、镍、锂、铌、钒、银、钴、镉、铜、镁、铬、铂、钙、钽、锆、钨、锌、铟、铝、锶、硼、硅……等离子中选择；所述每一种微量元素在半导体纳米催化膜中的摩尔当量份比为：≤50％。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种烟气脱硫、脱氮半导体纳米催化剂的制造方法，包括：
A.制备半导体纳米催化膜原料溶液，其中溶剂为乙醇，溶质为四氯化锡、四氯化钛、三氯化锑、氯化锰；
B.根据半导体纳米催化膜的组分及其摩尔当量比，分别将四氯化锡、四氯化钛、三氯化锑、氯化锰溶在乙醇溶液中，制成半导体纳米催化膜原料溶液，并盛在瓷质蒸发皿中备用；
C.把预先处理好的载体放入化学气相生长炉的料舱内，加温并保持400℃～650℃范围；
D.将化学气相生长炉的汽源加热台升温并保持250℃～280℃范围；
E.将盛有上述催化膜原料溶液的瓷质蒸发皿，放入化学气相生长炉的汽源加热台上；
F.当蒸发皿有蒸汽产生时翻动化学气相生长炉料舱内的载体，直到蒸发皿内的催化膜原料溶液全部蒸发，此时在载体表面的晶格中生成均匀的半导体复合瓷质半导体纳米催化膜。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种烟气脱硫、脱氮半导体纳米催化剂的制造方法，其特征是：制备半导体纳米催化膜原料溶液中还可以添加一种或一种以上微量金属盐或非金属盐或氧化物，所述金属盐或非金属盐或氧化物分别从含铋、或铑、或铍、或钼、或钯、或铁、或镍、或锂、或铌、或钒、或银、或钴、或镉、或铜、或镁、或铬、或铂、或钙、或钽、或锆、或钨、或锰、或锌、或铟、或铝、或锶、或硼、或硅离子的金属盐或非金属盐或氧化物中选择，优先选择卤族氯盐，所添加的每一种微量金属盐或非金属盐或氧化物在半导体纳米催化膜中的摩尔当量份比为：≤50％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Cui Chengzhe Document name: Notification of Publication of the Application for Invention |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20161010 Address after: Three 100102 Beijing city Chaoyang District District Wangjing Xiyuan 316-601 Applicant after: Beijing Putai Technology Development Co.,Ltd. Address before: Beijing City, Chaoyang District Wangjing three District 100102 building 601 room 316 Xiyuan Applicant before: Cui Chengzhe |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150909 |