CN106669673A - 一种co还原脱硝催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CO还原脱硝催化剂的制备方法，包括以下内容：（1）用活性金属硝酸盐溶液浸渍脱硝催化剂载体，得到负载活性金属硝酸盐的载体；（2）将步骤（1）得到的载体进行干燥，然后与活性炭粉末混合在贫氧气氛下焙烧，活性炭粉末生成的CO，与硝酸盐分解产生的NOx进行氧化还原反应，转化为N2和CO2，焙烧结束后得到CO还原脱硝催化剂。该方法可实现CO还原脱硝催化剂的清洁生产，同时提高了催化剂使用效率。

Description

一种 CO 还原脱硝催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种CO还原脱硝催化剂的制备方法。应用本发明，可实现CO还原脱硝催化剂的清洁生产。
背景技术
在燃料燃烧或焚烧过程中，由于燃料的不完全燃烧，在所排放烟气中除含有NOx外，通常还含有相当可观的CO，如燃煤锅炉烟气、催化裂化装置再生烟气和汽车尾气等，但以CO为还原剂进行废气脱硝的研究目前主要限于汽车尾气。包括铂、钯等在内的贵金属催化剂是CO还原脱硝催化剂中研究较多的一类催化剂，尤其是铑，作为CO+NO反应活性最高的催化剂之一，被广泛用于汽车尾气的催化转换器中，但由于价格昂贵，人们正在寻找一种减少铑含量或无铑的催化材料，包括使用贵金属合金、加入非贵金属和稀土元素，以及对载体进行改性等。当向贵金属中添加稀土元素Ce后，可提高贵金属催化剂的耐久性，还能与贵金属协同作用，促进NOx还原和CO氧化。研究表明，过渡金属氧化物显示出较高的CO氧化和NO还原活性，当向贵金属中添加过渡元素及稀土元素后，该催化剂则显示出了较好的三效性能，即同时脱除尾气中的HC、CO和NOx。由于稳定性等原因，这些研究距离实际应用还有较大差距。
CN102049257A公开了一种CO同时还原SO2和NO的催化剂及其制备方法。CN104549299A公开了一种CO2加氢合成甲醇的高活性铜系催化剂的制备方法。CN200910079724.9公开了一种笑气分解催化剂的制备方法。CN201110005312.8公开了一种净化汽车尾气用的三效催化剂。该方法在制备催化剂过程中产生的NOx未经任何处理直接排入大气。
以上技术在制备催化剂过程中均添加有硝酸盐，焙烧时大量NOx进入催化剂尾气中，产生“黄龙”，造成较严重的大气污染。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种CO还原脱硝催化剂的制备方法，该方法可实现CO还原脱硝催化剂的清洁生产，同时提高了催化剂使用效率。
本发明的CO还原脱硝催化剂的制备方法，包括以下内容：
（1）用活性金属硝酸盐溶液浸渍脱硝催化剂载体，得到负载活性金属硝酸盐的载体；
（2）将步骤（1）得到的载体进行干燥，然后与活性炭粉末混合在贫氧气氛下焙烧，活性炭粉末生成的CO，与硝酸盐分解产生的NOx进行氧化还原反应，转化为N2和CO2，焙烧结束后得到CO还原脱硝催化剂。
本发明方法中，步骤（1）所述的活性金属选自Cu、Fe、Mn、Ni或Co等过渡金属中的一种或几种，活性金属负载量以氧化物计为0.1%～15.0%，优选2.0%～8.0%。
本发明方法中，步骤（1）的浸渍方式和浸渍过程为本领域技术人员熟知，采用过量溶液浸渍法或多次浸渍的方式，浸渍时间1.0～6.0h，浸渍液固比1：1～5：1。
本发明方法中，步骤（1）所述的脱硝催化剂载体为分子筛、氧化铝、活性炭、堇青石和蜂窝陶瓷等中的一种或几种，其中所述的堇青石或蜂窝陶瓷表面涂覆有氧化铝或氧化钛涂层，涂层为载体重量的1.0wt%～25.0wt%，优选5.0 wt%～20.0wt%。脱硝催化剂载体的形状为本领域脱硝催化剂载体常规使用的各种形状，比如蜂窝式、球形颗粒或圆柱体等。当步骤（1）载体中至少有一种为活性炭作时，因在活性炭颗粒表面就存在活性炭粉末，所以在步骤（2）中可以不加或少加活性炭粉末。
本发明方法中，步骤（2）所述的活性炭粉末粒径1000～100目，活性炭粉末加入量以总重量计占0.5%～5%。
本发明方法中，还可以根据需要在步骤（1）和/或（2）中加入助剂，如碱金属、稀土元素等组分，以催化剂重量为基准，加入量为0.5%~10%，其中催化剂中各组分含量之和为100%。
本发明方法中，步骤（2）中也可直接将步骤（1）得到的载体与活性炭粉末混合干燥后，再进行焙烧。
本发明方法中，步骤（2）所述的干燥温度50～100℃，干燥时间5～12h。
本发明方法中，步骤（2）所述的贫氧气氛中，O2的体积分数为0.1%～10.0%，优选1.0%～3.0%；可以为惰性气体与空气或氧气的混合气，其中所用惰性气体为氮气、氦气或其它惰性气体；步骤（2）所述的焙烧温度300～600℃，焙烧时间2～6小时。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
（1）本发明为负载型CO还原脱硝催化剂，通过加入活性炭粉末，利用催化剂焙烧过程中产生的CO脱除NOx，将其转化为N2和CO2，实现催化剂的清洁生产。
（2）活性炭在碳化及活化等生产过程中会伴生较多的碳粉，附着在颗粒状活性炭表面或孔道结构中，在制备催化剂时，于氧气氛围中进行焙烧，被氧化为二氧化碳而浪费掉，本发明通过控制焙烧时，氧化性气体含量，可将碳粉氧化转化为CO加以利用。
具体实施方式
本发明的具体实施方式通过以下实施例进行说明，所属实施例不应理解为本发明范围的限制。
具体实施方式
实施例 1
（1）取直径1～3mm，高5～10mm的圆柱形颗粒活性炭（碳粉重量约占总重量的0.3%），按照液固比3：1浸渍于质量浓度为5.0%硝酸铁/硝酸铜混合溶液中，其中Cu2+：Fe3+摩尔比2：1，搅拌4h后静置12h，过滤，将固体置于干燥箱中100℃下干燥12h；
（2）将（1）得到的活性炭于贫氧气氛下500℃进行焙烧，所述的贫氧气氛为氮气与空气的混合气体，控制混合气体中O2浓度在2.0～4.0%。在此期间，硝酸铁/硝酸铜分解产生NOx，活性炭载体原料中所附着的炭粉被氧化转化为CO，两种气体在催化剂作用下发生氧化还原反应，生成CO2和N2，焙烧结束后得到CO还原脱硝催化剂，其中各金属组分含量以氧化物计，铜为2.0%，铁为0.8%。
整个CO还原脱硝催化剂制备过程产生的尾气中CO和NOx浓度分别可控制在55ppm及60ppm以下。原料活性炭中活性炭粉末基本被脱除。
实施例 2
载体为球形分子筛φ3～6mm，依次浸渍于5.0%硝酸铁溶液、8.0%硝酸铜溶液和5.0%硝酸铈溶液中，其他条件同实施例1步骤（1），不同的是：步骤（2）中首先将占总重量2.0%的200～500目的活性炭粉末与步骤（1）中催化剂载体均匀混合，然后进行焙烧，焙烧条件同实施例1。
整个CO还原脱硝催化剂制备过程产生的尾气中CO和NOx浓度分别可控制在50ppm及70ppm以下，所得催化剂中以氧化物计，铁、铜和铈的质量百分比依次为1.8 %、2.5%和0.6%。
实施例 3
（1）载体为涂覆有氧化铝和二氧化钛复合涂层的蜂窝陶瓷，其中涂层重量为载体重量的10.0wt%，氧化铝和二氧化钛分别占涂层重量的50wt%～85 wt%和15wt%～50wt%；
（2）将载体依次浸渍于2.0mol/L硝酸锰溶液、1.0mol/L硝酸铈溶液中，浸渍液固比为2：1，浸渍时间为4h，然后于80℃干燥后，再与0.8wt%载体重量的活性炭粉末（200～500目）混合置于焙烧炉中，于550℃下进行焙烧，期间通入氮气与空气的混合气体，并控制混合气体中O2浓度在2.0%～4.0%。
整个CO还原脱硝催化剂制备过程产生的尾气中CO和NOx浓度分别可控制在40ppm及60ppm以下。以催化剂总重量计，所制得催化剂中氧化锰的含量为1.0%，氧化铈的含量为0.3%。
比较例 1
同实施例1，只是对步骤（1）活性炭在空气氛围中进行焙烧。
结果：尾气中NOx（以NO2计）浓度80000～100000mg/Nm3，CO2浓度7.5%，基本不含CO。
比较例 2
同实施例2，只是不加入活性炭粉末。
结果：尾气中NOx（以NO2计）浓度80000～100000mg/Nm3。
比较例 3
同实施例3，只是不加入活性炭粉末。
结果：尾气中NOx（以NO2计）浓度90000～110000mg/Nm3。

Claims (9)

1.一种CO还原脱硝催化剂的制备方法，其特征在于包括以下内容：（1）用活性金属硝酸盐溶液浸渍脱硝催化剂载体，得到负载活性金属硝酸盐的载体；（2）将步骤（1）得到的载体进行干燥，然后与活性炭粉末混合在贫氧气氛下焙烧，活性炭粉末生成的CO，与硝酸盐分解产生的NOx进行氧化还原反应，转化为N2和CO2，焙烧结束后得到CO还原脱硝催化剂。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的活性金属选自Cu、Fe、Mn、Ni或Co过渡金属中的一种或几种，活性金属负载量以氧化物计为0.1%～15.0%。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）的浸渍过程采用过量溶液浸渍法或多次浸渍法方式，浸渍时间1.0～6.0h，浸渍液固比1：1～5：1。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的脱硝催化剂载体为分子筛、氧化铝、活性炭、堇青石和蜂窝陶瓷中的一种或几种，其中所述的堇青石或蜂窝陶瓷为表面涂覆有氧化铝或氧化钛涂层。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的活性炭粉末粒径1000～100目，活性炭粉末加入量以脱硝催化剂总重量计占0.5%～5%。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，将步骤（1）得到的载体与活性炭粉末混合干燥后，再进行焙烧。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的干燥温度50～100℃，干燥时间5～12h。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的贫氧气氛中，O2的体积分数为0.1%～10.0%，为惰性气体与空气或氧气的混合气，其中所用惰性气体为氮气、氦气或其它惰性气体。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的焙烧温度300～600℃，焙烧时间2～6小时。
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