CN106179451A - 一种改性炭基脱硝催化剂的制备方法 - Google Patents

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刘贵
宁平
高天宇
汤立红
梅毅
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王驰
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Abstract

本发明公开了一种改性炭基脱硝催化剂的制备方法,属于催化剂制备领域。本发明所述方法将炭基催化剂通过不同气氛低温等离子体先后改性(先氧气改性后氨气改性),改性后催化剂的在低温下对NO的催化活性和选择性更好,即在150~200℃范围内,NO转化率可达80%;选择性可达80%,本发明制备方法操作简单,等离子体改性后对NO选择性催化还原效果好,易实现工业化应用。

Description

一种改性炭基脱硝催化剂的制备方法
技术领域
[0001] 本发明公开了一种改性炭基脱硝催化剂的制备方法,属于催化剂制备领域。
背景技术
[0002] 煤和石油是我国的主要能源,以煤或石油为燃料的锅炉或火力发电厂,以及以铁 矿石为原料的钢铁厂排放大量污染烟气。这些烟气含有硫氧化物(SOx)、氮氧化物(ΝΟχ)等有 害物质,是大气污染的主要来源。脱硫脱硝一直是烟气净化的一大主题,目前脱硫已经日趋 成熟,但在脱硝方面仍然还是难题重重,其中SCR法主要问题就是能耗高和选择性不好。
[0003] 中国专利CN 201410019680.1公开了一种低温等离子体脱除氮氧化物的方法, 该方法将氮氧化物首先通过装有吸附催化剂的低温等离子体反应器进行催化吸附富集,在 出口浓度达到既定目标值时停止通入待处理气体并进行等离子放电,在低温等离子体和催 化剂的共同作用下,将吸附在催化剂上的氮氧化物催化分解成N 2,同时催化剂得以再生,该 方法显著提高了氮氧化物的脱除效率,在输入电压为10-40V条件下,氮氧化物分解转化率 可达95%以上。该发明与现有脱硝技术相比,其工艺简洁,无需高温,无需添加还原剂,并具 有转化率高,能效高,催化剂成本低廉,易于再生等特点。但是此方法能耗高,且脱硝过程中 难免会持续性地产生臭氧,工业化后就很难控制臭氧的产生。
[0004] 中国专利CN 201110372296.6公开了一种直流电晕放电协同催化氧化脱硝方 法。一种直流电晕放电协同催化氧化的脱硝方法,具体过程为:电极气在正负电极之间的高 压作用下进行放电生成放电自由基,烟气中的N0在放电自由基与催化剂的作用下被部分氧 化为N0 2,经碱液吸收N0和N02后排出。该发明利用直流电晕放电产生的自由基与催化剂之间 的协同作用,实现低温无污染脱除ΝΟχ的直流电晕放电协同催化氧化脱除烟气中氮氧化物。 同样此方法主要的缺点为ΝΤΡ反应器间持续放电,能耗高。此外,处理废气过程中,由于废气 中氧气的存在,气体放电时就会持续性地产生臭氧。
发明内容
[0005] 本发明的目的是针对上述方法存在的缺陷,在活性炭载体负载活性组分的基础上 进行催化剂不同气氛ΝΤΡ改性,改性过程中主要采用两步ΝΤΡ改性法:即把催化剂放置于ΝΤΡ 反应其中,先用氧气对催化剂表面进行激活,是C-C、C=C等化学键被活性粒子打开,产生活 性碎片或高活性位点;然后紧接着再通入NH 3,在放电的条件下,使-NH2等活性粒子与-c-、-c =等键位作用,从而使得-NH2等基团能顺利接入到碳材料上。
[0006] 本发明所述方法具体包括以下步骤: (1) 将活性炭研磨成40~60目,在10%-40%硝酸中煮沸l-3h,常温下在金属盐溶液中搅拌 浸渍,然后烘干(100 °C中烘干10-12h); (2) 将步骤(1)中所得的负载炭基催化剂置于低温等离子体反应器(ΝΤΡ)中,先通过氧 气改性5~20分钟,然后再通过氨气改性5~20分钟,输入电压分别为10~40V。
[0007] 优选的,本发明所述金属盐溶液为Fe (Ν〇3) 3溶液、Cu (Ν〇3) 2溶液、Ni (Ν〇3) 2溶液中的 一种。
[0008] 优选的,本发明所述搅拌浸渍时间为8~12h。
[0009] 将本发明所述改性炭基脱硝催化剂催化作用下将NOx选择性催化还原为N2,催化剂 的工作温度为<200 °C。
Figure CN106179451AD00041
[0010] 本发明的有益效果: (1)该催化剂无需添加贵金属活性组分,具有规模应用潜力。
[0011] (2)本发明所述方法制备得到的催化剂在脱硝过程中低温(<200°〇犯选择性可 达80%以上。
[0012] (3)催化剂制备过程无需焙烧,所以可大大降低选择性催化还原N0催化剂制备过 程的能耗问题。
[0013] ⑷本发明所述方法制备得到的催化剂在脱硝过程中低温(<200°c)活性更好;脱 硝率彡80%,从而可降低应用过程中的能耗。
[0014] (5)通过前期氧气改性使得表面含氧基团和较多的高活性粒子增加,从而有利于 N0的吸附和氧化。
[0015] (6)经NH3NTP改性后,增加表面的活性物种,从而使得催化剂在较低的温度下也能 表现出较高的活性。
附图说明
[0016] 图1为NTP改性炭基催化剂脱硝N0转化率和选择性效果图。
具体实施方式
[0017] 下面结合具体实施例进一步详细描述本发明,但本发明保护范围并不限于如下所 述内容。
[0018] 实施例1 将活性炭研磨成40~60目,再在10%硝酸中煮沸lh,常温下在Fe(N03)3溶液中搅拌浸渍 8h,然后在100°C中烘干10h;将所得的负载炭基催化剂置于平行板式NTP反应器中,先通过 氧气NTP改性,紧接着用氨气NTP改性,时间均为5分钟,输入电压均为10V;在改性活性炭催 化作用下将NOx选择性催化还原为N 2;实验室模拟的烟气气氛条件是l%02、400ppmN0、 400ppmNH3、N 2作为载气,其空速为100001Γ1,反应温度为150 °C,NO转化率和选择性见图1。
[0019] 实施例2 将活性炭研磨成40~60目,再在20%硝酸中煮沸1.5 h,常温下在Cu(N03)2溶液中搅拌浸 渍l〇h,然后在100°C中烘干llh;将所得的负载炭基催化剂置于平行板式NTP反应器中,先通 过氧气NTP改性15分钟,再通过氨气NTP改性16分钟,输入电压均为30V;在改性活性炭催化 作用下将NOx选择性催化还原为N 2;实验室模拟的烟气气氛条件是3%02、500ppmN0、 500ppmNH3、N 2作为载气,其空速为15000h-1,反应温度为175 °C,NO转化率和选择性见图1。
[0020] 实施例3 将活性炭研磨成40~60目,再在40%硝酸中煮沸3h,常温下在Ni(N03)2溶液中搅拌浸渍 12h,然后在100°C中烘干12h。将所得的负载炭基催化剂置于平行板式NTP反应器中,先通过 氧气NTP改性,再通过氨气NTP改性,改性时间均为20分钟,输入电压均为40V;在改性活性炭 催化作用下将NOx选择性催化还原为N 2;实验室模拟的烟气气氛条件是4%02、600ppmN0、 600ppmNH3、N 2作为载气,其空速为300001Γ1。反应温度为200°C,N0转化率和选择性见图1。
[0021] 对比实施例,参数与各实施例相同,不同在于不经过NTP改性。
[0022] 本发明实施例1~3所述负载炭基催化剂改性前后性能对比见表1。
[0023] 表1本发明实施例1~3所述负载炭基催化剂改性前后性能对比
Figure CN106179451AD00051

Claims (4)

1. 一种改性炭基脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤: (1) 将活性炭研磨成40~60目,在10%-40%硝酸中煮沸l-3h,常温下在金属盐溶液中搅拌 浸渍,然后烘干; (2) 将步骤(1)中所得的负载炭基催化剂置于低温等离子体反应器中,先通过氧气改性 5~20分钟,然后再通过氨气改性5~20分钟,输入电压分别为10~40V。
2. 根据权要求1所述的改性炭基脱硝催化剂的制备方法,其特征在于:金属盐溶液为Fe (N03) 3溶液、Cu (N03) 2溶液、Ni (N03) 2溶液中的一种。
3. 根据权要求1所述的改性炭基脱硝催化剂的制备方法,其特征在于:搅拌浸渍时间为 8~12h〇
4. 根据权要求1所述的改性炭基脱硝催化剂的制备方法,其特征在于:将改性炭基脱硝 催化剂催化作用下将NOx选择性催化还原为N 2,催化剂的工作温度为<200°C。
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