CN106582647A - 复合脱硫脱硝催化剂的制备方法 - Google Patents

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宦斌
张海升
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Abstract

本发明涉及一种复合脱硫脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：在保护气氛下，将粉碎的秸秆在600‑800℃炭化，得到秸秆活性炭；将秸秆活性炭在碱溶液中蒸煮，水洗并分离后得到活性炭；将活性炭与经酸化处理的凹土在水中混匀，搅拌8‑10h，成型、干燥后得到活性炭‑凹土复合材料；将活性炭‑凹土复合材料、铁盐水溶液和铜盐水溶液混匀，烘干、挤条，然后在保护气氛下450‑550℃煅烧，得到复合脱硫脱硝催化剂。本发明以廉价凹土、秸秆、硝酸铁和硫酸铜为原料制备脱硫脱硝催化剂，成本较低，凹土载体引入高比表面积的活性炭，提高了催化剂对气体的吸附能力，对烟气具有很好的脱硫脱硝效果。

Description

复合脱硫脱硝催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及催化剂制备技术领域，尤其涉及一种复合脱硫脱硝催化剂的制备方法。
背景技术
氮氧化物和二氧化硫是对人类健康和环境具有严重危害的大气主要污染物，其来源主要为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，在催化剂的作用下同时脱硫脱硝法是最经济、高效的烟气净化方法，在国内外有着广泛的应用，该技术的核心是催化剂的制备。
目前，采用的脱硫脱硝一体化技术大多是脱硫、脱硝两种方式的联合。现有的脱硫、脱硝技术存在多种问题，石灰石-石膏法固定投资大、脱硫成本高，并形成难处理的固废；SCR技术存在催化剂投资达、烟气成分影响大、运行成本高等问题，SNCR技术存在反应温度高、还原剂与烟气混合程度差、脱硝效率低、氨气逸出量大等一系列问题。可见，联合的脱硫脱硝技术存在固定投资高、运行维护费用高、运行操作复杂等问题。因此，开发一种制备简单、成本低的可达到同时脱硫脱硝的催化剂是烟气净化领域研究的热点。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种复合脱硫脱硝催化剂的制备方法，实现燃煤烟气中SO2和NOx的同时处理，以克服现有脱硫脱硝技术存在的催化剂制备方法复杂、成本高的缺点。
本发明的一种复合脱硫脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)在保护气氛下，将粉碎后的秸秆在600-800℃炭化，得到秸秆活性炭；
(2)将步骤(1)得到的秸秆活性炭在碱溶液中蒸煮，水洗并分离后得到活性炭；
(3)将步骤(2)得到的活性炭与经酸化处理的凹土在水中混匀，搅拌8-10h，成型、干燥后得到活性炭-凹土复合材料；
(4)将步骤(3)得到的活性炭-凹土复合材料、铁盐水溶液和铜盐水溶液混匀，烘干、成型，然后在保护气氛下450-550℃煅烧，得到复合脱硫脱硝催化剂。
进一步地，在步骤(1)中，秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、棉花秸秆和甘蔗秸秆中的一种或几种。
进一步地，在步骤(1)中，将粉碎后的秸秆在保护气氛下6-10℃/min的速度升温至600-800℃炭化，保温2-4h，冷却后得到秸秆活性炭。
进一步地，在步骤(2)中，碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
进一步地，在步骤(2)中，秸秆活性炭和碱溶液中碱的质量比为1:2-10。
进一步地，在步骤(3)中，凹土的酸化处理包括以下步骤：
将凹土与酸按6-10:1的质量比混匀、干燥，得到经酸化处理的凹土。
进一步地，酸为盐酸、醋酸或硫酸，酸的浓度为0.1-1mol/L。
进一步地，在步骤(3)中，活性炭与经酸化处理的凹土的质量比为1:3-1:8。
进一步地，在步骤(4)中，铁盐为硝酸铁或氯化铁，铁盐水溶液的质量浓度为5.0-8.0g/L。
进一步地，在步骤(4)中，铜盐为硫酸铜、氯化铜或硝酸铜，铜盐水溶液的质量浓度为7.5-10.5g/L。
进一步地，活性炭-凹土复合材料、铁盐水溶液和铜盐水溶液的质量比为8-10:1-3:1-3。
进一步地，保护气氛为氮气、氦气或氩气。
进一步地，采用挤条机进行挤条成型。
本发明以秸秆、酸化凹土为原料制备活性炭/凹土复合载体后，进一步以该复合载体制备Fe-Cu-C-凹土复合同时脱硫脱硝催化剂，达到对烟气同时脱硫脱硝的目的。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明采用廉价凹土和农作物秸秆为原料制备载体，成本较低；凹土同时为粘结剂和催化剂的载体；由秸秆制备的活性炭由于碱洗脱除内部SiO2后具有较大的比表面积，加入凹土中，有助于改善凹土的透气性，提高催化剂对气体的吸附和脱硫脱硝率；该催化剂制备方法具有载体成本低，制备方法简单，脱硫效率高达95％以上，脱硝效率达80％以上，经济优势明显。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细说明如后。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
30g水稻秸秆经粉碎机粉碎后，氮气保护下600℃煅烧3h，保温2h后冷却，得到水稻秸秆活性炭。然后称取5g水稻秸秆活性炭，将其加入30mL浓度为300g/L的NaOH水溶液中，加热至沸腾，然后搅拌1h，抽滤后再转移到20mL水中搅拌1h，抽滤，烘干，得到活性炭。
将凹土与1mol/L的盐酸按10:1的质量比混合，搅拌均匀后干燥，得到酸化凹土。
取5g上述活性炭转移到100mL水中，加入20g酸化凹土，搅拌10h，抽滤后用挤条机挤条，110℃烘干，得到活性炭-凹土复合材料。按照固液质量比为8:1:1，将5g/L的硝酸铁和8g/L的硝酸铜溶液加入到活性炭-凹土复合材料中，搅拌1h，烘干后用挤条机挤条，再转移至保护气氛炉中氮气保护下500℃煅烧2h，得到Fe2O3-CuO-活性炭-凹土复合脱硫脱硝催化剂。
本发明的同时脱硫脱硝催化剂应用方法如下：
将0.5g复合脱硫脱硝催化剂加入到固定床反应器中，入口气体组成为100ppm NO，120ppm NH3，10％O2及平衡气N2，总流速为200mL/min，对应的空速为8000L/(kg·h)，反应温度为220-280℃；烟气分析仪在线监测出口SO2、NO浓度，NO测试前用磷酸洗脱残留NH3。
经测试，本实施例制备复合脱硫脱硝催化剂的脱硫率95％，脱硝率为85％。
实施例2
30g玉米秸秆经粉碎机粉碎后，置于保护气氛炉中，氮气气氛下700℃煅烧2h，保温2h后冷却，得到玉米秸秆活性炭。然后称取5g玉米秸秆活性炭，将其加入60mL浓度为300g/L的NaOH水溶液中，加热至沸腾，然后搅拌1h，抽滤后再转移到50mL水中搅拌1h，抽滤，烘干，得到活性炭。
将凹土与0.5mol/L的醋酸按6:1的质量比混合，搅拌均匀后干燥，得到酸化凹土。
取5g上述活性炭转移到100mL水中，加入15g酸化凹土，搅拌8h，抽滤后用挤条机挤条，110℃烘干，得到活性炭-凹土复合材料。按照固液质量比为10:3:3，将8g/L的硝酸铁和10.5g/L的硝酸铜溶液加入到活性炭-凹土复合材料中，搅拌1h，烘干后用挤条机挤条，再转移至保护气氛炉中氮气保护下500℃煅烧2h，得到Fe2O3-CuO-活性炭-凹土复合脱硫脱硝催化剂。
采用实施例1中的方法，测试脱硫脱硝催化剂的脱硫率和脱硝率，本实施例中的复合脱硫脱硝催化剂的脱硫率为93％，脱硝率为83％。
实施例3
30g小麦秸秆经粉碎机粉碎后，置于保护气氛炉中，氮气气氛下800℃煅烧1h，保温3h后冷却，得到小麦秸秆活性炭。然后称取5g小麦秸秆活性炭，将其加入60mL浓度为300g/L的NaOH水溶液中，加热至沸腾，然后搅拌1h，抽滤后再转移到50mL水中搅拌1h，抽滤，烘干，得到活性炭。
将凹土与0.1mol/L的盐酸按6:1的质量比混合，搅拌均匀后干燥，得到酸化凹土。
取5g上述活性炭转移到1000mL水中，加入40g酸化凹土，搅拌8h，抽滤后用挤条机挤条，110℃烘干，得到活性炭-凹土复合材料。按照固液质量比为10:3:3，将8g/L的硝酸铁和10.5g/L的硝酸铜溶液加入到活性炭-凹土复合材料中，搅拌1h，烘干后用挤条机挤条，再转移至保护气氛炉中氮气保护下500℃煅烧2h，得到Fe2O3-CuO-活性炭-凹土复合脱硫脱硝催化剂。
采用实施例1中的方法，测试脱硫脱硝催化剂的脱硫率和脱硝率，本实施例中的复合脱硫脱硝催化剂的脱硫率为90％，脱硝率为80％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在保护气氛下，将粉碎的秸秆在600-800℃炭化，得到秸秆活性炭；
(2)将步骤(1)得到的所述秸秆活性炭在碱溶液中蒸煮，得到活性炭；
(3)将步骤(2)得到的所述活性炭与经酸化处理的凹土在水中混匀，搅拌8-10h，成型、干燥后得到活性炭-凹土复合材料；
(4)将步骤(3)得到的所述活性炭-凹土复合材料、铁盐水溶液和铜盐水溶液混匀，烘干、成型，然后在保护气氛下在450-550℃煅烧，得到所述复合脱硫脱硝催化剂。
2.根据权利要求1所述的复合脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、棉花秸秆和甘蔗秸秆中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的复合脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
4.根据权利要求1所述的复合脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述秸秆活性炭和碱溶液中碱的质量比为1:2-10。
5.根据权利要求1所述的复合脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，凹土的酸化处理包括以下步骤：
将凹土与酸按6-10:1的质量比混匀、干燥，得到所述经酸化处理的凹土。
6.根据权利要求5所述的复合脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：所述酸为盐酸、醋酸或硫酸，所述酸的浓度为0.1-1mol/L。
7.根据权利要求1所述的复合脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述活性炭与所述经酸化处理的凹土的质量比为1:3-1:8。
8.根据权利要求1所述的复合脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述铁盐水溶液的质量浓度为5.0-8.0g/L。
9.根据权利要求1所述的复合脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述铜盐水溶液的质量浓度为7.5-10.5g/L。
10.根据权利要求1所述的复合脱硫脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述活性炭-凹土复合材料、铁盐水溶液和铜盐水溶液的质量比为8-10:1-3:1-3。
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