CN106944090A - 一种铁钨复合氧化物催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种铁钨复合氧化物催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了环保技术领域的一种铁钨复合氧化物催化剂及其制备方法，该铁钨复合氧化物催化剂由以下重量份组成：Na2WO4·2H2O：15～25份；FeSO4·7H2O：20～30份；C6H8O6：4～6份；沉淀剂：6～8份；C2H6O：3～7，份，本发明具有脱硝成本低、五毒以及抗水抗硫性能良好的优点，其制备工艺简单，有利于催化剂各组分的分布均匀，促进催化剂各组分间的相互作用，价格低廉，适合工厂的大规模批量生产。

Description

一种铁钨复合氧化物催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，具体为一种铁钨复合氧化物催化剂及其制备方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展和工业化水平的显著提高，大气污染状况日益严重。国家“十二五”规划制定了“十二五”期间全国氮氧化物的排放要比2010年下降10％的目标。因此，烟气脱硝是继烟气脱硫之后国家控制大气污染物排放的又一重要领域，钢铁工业是我国国民经济的支柱产业，同时钢铁工业环保水平低、单位产量污染物排放量居高不下，严重制约钢铁产业整体竞争力的提高。
氮氧化物是大气的主要污染物之一，会引起酸雨、光化学烟雾、臭氧空洞以及雾霾等一系列环境问题。选择性催化还原技术是目前最为有效的且应用最广泛的烟气脱硝技术，而催化剂则是此技术的关键，由于传统的钒基催化剂存在脱硝温度高、成本高、五氧化二钒存在毒性等问题，因此需要开发出脱硝效率高、低成本、无毒的催化剂，为此，我们提出了一种铁钨复合氧化物催化剂及其制备方法投入使用，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁钨复合氧化物催化剂及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的传统的钒基催化剂存在脱硝温度高、成本高、五氧化二钒存在毒性的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铁钨复合氧化物催化剂，该铁钨复合氧化物催化剂由以下重量份组成：
Na2WO4·2H20：15～25份；
FeSO4·7H20：20～30份；
C6H8O6：4～6份；
沉淀剂：6～8份；
C2H6O：3～7份。
优选的，所述沉淀剂为分析纯NH3·H2O。
优选的，一种铁钨复合氧化物催化剂的制备方法，该铁钨复合氧化物催化剂的制备方法的具体步骤如下：
S1：将15～25份的溶解于300ml的去离子水中，记为A溶液；
S2：将20～30份的和4～6份的溶解于200ml的去离子水中，记为B溶液；
S3：将A溶液放入到水浴中保持恒定温度为35℃，同时将B溶液缓慢滴加到A溶液中，并在滴加的过程中添加3～5份的沉淀剂，使混合溶液的PH值大于6；
S4：滴加完毕后，再通过剩余的沉淀剂将混合溶液的PH值调节至9，继续搅拌3h，使铁离子完全沉淀；
S5：利用去离子水对步骤S4中的沉淀物进行过滤洗涤，直至滤液PH值显示中性后，加入3～7份的，醇洗1～2次，并将滤饼放置在70～90℃的烘箱中干燥；
S6：将烘干后的样品研磨成粉末，并放入马弗炉中在500～800℃的温度下焙烧5～7h，即得铁钨复合氧化物催化剂。
优选的，所述步骤S1中，将Na2WO4·2H2O缓慢添加到300ml的去离子水中，并伴随着玻璃棒不断的搅拌，使其充分混合均匀。
优选的，所述步骤S3中，在A溶液剧烈搅拌的情况下将B溶液采用滴定管滴加到A溶液中。
优选的，所述步骤S6中，采用研钵将烘干后的滤饼研磨至目数为80～120目的粉末颗粒。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明具有脱硝成本低、五毒以及抗水抗硫性能良好的优点，其制备工艺简单，有利于催化剂各组分的分布均匀，促进催化剂各组分间的相互作用，价格低廉，适合工厂的大规模批量生产。
附图说明
图1为本发明工作流程图；
图2为本发明铁钨氧化物催化剂比表面积和孔结构数据对照图；
图3为本发明铁钨复合氧化物催化剂组分对照图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种铁钨复合氧化物催化剂，该铁钨复合氧化物催化剂由以下重量份组成：
Na2WO4·2H20：15份；
FeSO4·7H20：20份；
C6H8O6：4份；
NH3·H2O：6份；
C2H6O：3份。
本发明还提供了一种铁钨复合氧化物催化剂的制备方法，该铁钨复合氧化物催化剂的制备方法的具体步骤如下：
S1：将15份的Na2WO4·2H2O溶解于300ml的去离子水中，记为A溶液，将Na2WO4·2H2O缓慢添加到300ml的去离子水中，并伴随着玻璃棒不断的搅拌，使其充分混合均匀；
S2：将20份的FeSO4·7H2O和4份的C6H8O6溶解于200ml的去离子水中，记为B溶液；
S3：将A溶液放入到水浴中保持恒定温度为35℃，同时将B溶液缓慢滴加到A溶液中，并在滴加的过程中添加3份的沉淀剂，使混合溶液的PH值大于6，在A溶液剧烈搅拌的情况下将B溶液采用滴定管滴加到A溶液中；
S4：滴加完毕后，再通过剩余的沉淀剂将混合溶液的PH值调节至9，继续搅拌3h，使铁离子完全沉淀；
S5：利用去离子水对步骤S4中的沉淀物进行过滤洗涤，直至滤液PH值显示中性后，加入3份的C2H6O，醇洗1～2次，并将滤饼放置在70～90℃的烘箱中干燥；
S6：将烘干后的样品研磨成粉末，并放入马弗炉中在500℃的温度下焙烧5～7h，即得铁钨复合氧化物催化剂，采用研钵将烘干后的滤饼研磨至目数为80～120目的粉末颗粒。
实施例二
一种铁钨复合氧化物催化剂，该铁钨复合氧化物催化剂由以下重量份组成：
Na2WO4·2H2O：25份；
FeSO4·7H2O：30份；
C6H8O6：6份；
NH3·H2O：8份；
C2H6O：7份。
本发明还提供了一种铁钨复合氧化物催化剂的制备方法，该铁钨复合氧化物催化剂的制备方法的具体步骤如下：
S1：将25份的Na2WO4·2H2O溶解于300ml的去离子水中，记为A溶液，将Na2WO4·2H2O缓慢添加到300ml的去离子水中，并伴随着玻璃棒不断的搅拌，使其充分混合均匀；
S2：将30份的FeSO4·7H2O和6份的C6H8O6溶解于200ml的去离子水中，记为B溶液；
S3：将A溶液放入到水浴中保持恒定温度为35℃，同时将B溶液缓慢滴加到A溶液中，并在滴加的过程中添加5份的沉淀剂，使混合溶液的PH值大于6，在A溶液剧烈搅拌的情况下将B溶液采用滴定管滴加到A溶液中；
S4：滴加完毕后，再通过剩余的沉淀剂将混合溶液的PH值调节至9，继续搅拌3h，使铁离子完全沉淀；
S5：利用去离子水对步骤S4中的沉淀物进行过滤洗涤，直至滤液PH值显示中性后，加入7份的C2H6O，醇洗1～2次，并将滤饼放置在70～90℃的烘箱中干燥；
S6：将烘干后的样品研磨成粉末，并放入马弗炉中在800℃的温度下焙烧5～7h，即得铁钨复合氧化物催化剂，采用研钵将烘干后的滤饼研磨至目数为80～120目的粉末颗粒。
实施例三
一种铁钨复合氧化物催化剂，该铁钨复合氧化物催化剂由以下重量份组成：
Na2WO4·2H20：20份；
FeSO4·7H20：25份；
C6H8O6：5份；
NH3·H2O：7份；
C2H6O：5份。
本发明还提供了一种铁钨复合氧化物催化剂的制备方法，该铁钨复合氧化物催化剂的制备方法的具体步骤如下：
S1：将20份的Na2WO4·2H2O溶解于300ml的去离子水中，记为A溶液，将Na2WO4·2H2O缓慢添加到300ml的去离子水中，并伴随着玻璃棒不断的搅拌，使其充分混合均匀；
S2：将250份的FeSO4·7H2O和5份的C6H8O6溶解于200ml的去离子水中，记为B溶液；
S3：将A溶液放入到水浴中保持恒定温度为35℃，同时将B溶液缓慢滴加到A溶液中，并在滴加的过程中添加4份的沉淀剂，使混合溶液的PH值大于6，在A溶液剧烈搅拌的情况下将B溶液采用滴定管滴加到A溶液中；
S4：滴加完毕后，再通过剩余的沉淀剂将混合溶液的PH值调节至9，继续搅拌3h，使铁离子完全沉淀；
S5：利用去离子水对步骤S4中的沉淀物进行过滤洗涤，直至滤液PH值显示中性后，加入5份的C2H6O，醇洗1～2次，并将滤饼放置在70～90℃的烘箱中干燥；
S6：将烘干后的样品研磨成粉末，并放入马弗炉中在650℃的温度下焙烧5～7h，即得铁钨复合氧化物催化剂，采用研钵将烘干后的滤饼研磨至目数为80～120目的粉末颗粒。
本发明中制得的500℃焙烧的铁钨氧化物催化剂计作Fe(x)W-500，x表示复合氧化物中Fe与W的投料摩尔比，在本发明中取x＝1、2、4、6、8，Fe与W的投料摩尔比为4的样品Fe(4)W在650℃和800℃下焙烧的样品，分别计作Fe(4)W-650和Fe(4)W-800，在图2中，在Fe2O3中掺杂钨后明显提高了催化剂的比表面积，催化剂的比表面积随钨组分的投加量增加，显现出先增大后减小的趋势，铁钨系列催化剂的比表面积顺序为：Fe2O3＜Fe(1)W-500＜Fe(8)W-500＜Fe(6)W-500＜Fe(2)W-500＜Fe(4)W-500，催化剂Fe(4)W-500得到了最大的比表面积144.08m2/g，Fe(1)W-500样品与纯Fe2O3的比表面积相差不大，比表面积未得到很大的提升，在Fe2O3中掺杂钨后也显著的提高了催化剂的孔体积，但催化剂的孔径变小，可见在Fe2O3中掺杂钨后可以优化催化剂的空隙结构，使得催化剂的孔径得到细化，促进比表面积和孔体积的增大，通过对比Fe(4)W-500、Fe(4)W-650、Fe(4)W-800不同温度焙烧的铁钨符合氧化物催化剂的比表面积和孔体积中可以看出，随着焙烧温度的升高，铁钨复合氧化物催化剂的比表面积和孔体积急剧下降，这是由于经过高温焙烧催化剂的孔道结构发生了坍塌，颗粒发生团聚造成的，在800℃焙烧后，催化剂还有20m2/g的比表面积，可见铁钨复合氧化物催化剂具有一定的抗热老化性能，NaOH-Fe(4)W-500相比Fe(4)W-500样品的表面积和孔体积都略低，由此可见，钨对铁基催化剂的空隙结构的优化与催化剂制备过程中使用的沉淀剂密切相关。
请参阅图3，铁钨的实际摩尔比远大于两者的投料摩尔比，可见在催化剂的制备过程中，大量的钨酸根离子流失，其中Fe(4)W-500样品的Fe组分和W组分的实际摩尔比为7.61，而NaOH-Fe(4)W-500样品与Fe(4)W-500组分含量略有差别，为8.7，两者虽然具有相同的投料摩尔比，但实际含量却略有差别，这是由于两组样品在制备过程中不同的溶液环境中铁离子氧化速率以及钨酸根离子的沉淀速率存在差别造成的。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种铁钨复合氧化物催化剂，其特征在于：该铁钨复合氧化物催化剂由以下重量份组成：
Na2WO4·2H2O：15～25份；
FeSO4·7H2O：20～30份；
C6H8O6：4～6份；
沉淀剂：6～8份；
C2H6O：3～7份。
2.根据权利要求1所述的一种铁钨复合氧化物催化剂，其特征在于：所述沉淀剂为分析纯NH3·H2O。
3.一种铁钨复合氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：该铁钨复合氧化物催化剂的制备方法的具体步骤如下：
S1：将15～25份的Na2WO4·2H2O溶解于300ml的去离子水中，记为A溶液；
S2：将20～30份的FeSO4·7H2O和4～6份的C6H8O6溶解于200ml的去离子水中，记为B溶液；
S3：将A溶液放入到水浴中保持恒定温度为35℃，同时将B溶液缓慢滴加到A溶液中，并在滴加的过程中添加3～5份的沉淀剂，使混合溶液的PH值大于6；
S4：滴加完毕后，再通过剩余的沉淀剂将混合溶液的PH值调节至9，继续搅拌3h，使铁离子完全沉淀；
S5：利用去离子水对步骤S4中的沉淀物进行过滤洗涤，直至滤液PH值显示中性后，加入3～7份的C2H6O，醇洗1～2次，并将滤饼放置在70～90℃的烘箱中干燥；
S6：将烘干后的样品研磨成粉末，并放入马弗炉中在500～800℃的温度下焙烧5～7h，即得铁钨复合氧化物催化剂。
4.根据权利要求3所述的一种铁钨复合氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，将Na2WO4·2H2O缓慢添加到300ml的去离子水中，并伴随着玻璃棒不断的搅拌，使其充分混合均匀。
5.根据权利要求3所述的一种铁钨复合氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，在A溶液剧烈搅拌的情况下将B溶液采用滴定管滴加到A溶液中。
6.根据权利要求3所述的一种铁钨复合氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S6中，采用研钵将烘干后的滤饼研磨至目数为80～120目的粉末颗粒。
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