CN107051462A - 一种铁钛负载型烟气脱硝催化剂及其制法 - Google Patents

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汤常金
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Abstract

一种简便快捷的制备Fe/TiO2负载型催化剂的方法，它是将一定量的硝酸铁水溶液和TiO2混合均匀，最后经过油浴蒸干、干燥、焙烧制得一系列Fe/TiO2催化剂。本发明所采用的制备方法的优点是：制备所得催化剂催化性能优异、抗硫性能好，所需原料廉价易得、资源丰富，制备过程简单方便、对设备无特殊要求、能耗低、污染小、环境友好，可大规模生产、具有潜在的工业应用前景。

Description

一种铁钛负载型烟气脱硝催化剂及其制法
技术领域：
本发明涉及一种Fe/TiO2负载型催化剂及其制备方法和在燃煤电厂烟气脱硝中的应用。
背景技术：
近年来，随着大气环境污染的加剧，尤其是雾霾天气的频发，敲响了人们对于大气环境污染治理的警钟。NOx作为一种主要的大气分子污染物，其来源可以分为以机动车为代表的移动污染源和以燃煤电厂为代表的固定污染源。其中，NH3选择性催化还原NOx(NH3-SCR)被认为是固定源燃煤电厂烟气脱硝最为行之有效的方法之一。
目前，用于NH3-SCR反应的催化剂主要是V2O5-WO3(MoO3)/TiO2催化剂，但是该催化剂的反应温度窗口比较窄(300-400℃)，活性组分V2O5有毒，而且在高温区域N2的选择性比较低。基于以上原因，现在越来越多的研究把重点放到降低钒物种的用量或是用其它非贵金属，如Fe、Mn、Cu来彻底取代钒物种上来。
Fe2O3常被用作NH3-SCR反应催化剂的活性或助剂成份。Fe基催化剂主要以负载型、含铁复合氧化物或是Fe交换分子筛等形式存在。虽然Fe基催化剂具有较好的NOx转化性能，但是较差的抗硫性和高温选择性等缺陷也限制了其应用。为克服以上缺点，我们尝试在铁基催化剂中引入具备抗硫性能的组分。考虑到TiO2是NH3-SCR反应中商业化催化剂的载体，并且具有良好的抗硫中毒能力。因此，Fe/TiO2催化剂不失为一种同时具备中低温催化活性和抗硫性能的潜在选择。
我们通过一种简便的浸渍法，结合TiO2和Fe的优势成功地制备出了负载型Fe/TiO2催化剂，在燃煤电厂烟气脱硝及抗硫过程中表现出优异的性能。由于该方法所用原料廉价易得，操作简便快捷，能耗小，对设备无特殊要求，附加环境污染少，使其在燃煤电厂烟气脱硝领域有着潜在的应用前景。
发明内容
本发明的目的：提供一种高效、低价、环境友好的负载型Fe/TiO2催化剂的制备方法和由该方法制备的Fe/TiO2催化剂在燃煤电厂烟气脱硝中的应用。
本发明的技术方案如下：
一种Fe/TiO2负载型催化剂的制备方法，它是通过称取一定量的硝酸铁并溶解于30mL H2O中，然后在搅拌下加入称量的TiO2，所述的硝酸铁和TiO2的摩尔比为0.25:10-2:10，继续搅拌2h，随后将液体在110℃油浴蒸干得到粉末状物质并在110℃烘箱中干燥12h，研磨均匀，最后在马弗炉中空气气氛下经500℃焙烧4h，即可制得Fe/TiO2负载型催化剂。
根据上述制备方法制备的负载型Fe/TiO2催化剂，活性组分Fe负载量在铁钛摩尔比小于0.1时以高分散的形式存在，在高负载量(铁钛摩尔比大于0.1)时出现晶相Fe2O3。
一种上述的Fe/TiO2负载型催化剂的制备方法所制得的Fe/TiO2负载型催化剂。
上述的Fe/TiO2负载型催化剂在燃煤电厂烟气脱硝中的应用。
本发明所制备的Fe/TiO2催化剂分别通过X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H2-TPR)、催化性能测试(NH3-SCR反应)、抗硫中毒性能测试等表征手段来对其体相结构、还原性质以及催化性能进行评价，其结果见附图1-4。XRD结果表明，在本发明中所提及的铁物种在低负载量时以高分散的形式存在，高负载量时出现晶相Fe2O3。H2-TPR结果指出，添加少量Fe的Fe/TiO2催化剂相较于纯TiO2的氧化还原性能得到了显著提高。NH3-SCR反应结果表明Fe/TiO2负载型催化剂的催化性能明显优于TiO2，且在250℃表现出优异的抗硫中毒性能。
本发明的催化剂的优点：
1.催化剂的热稳定性高、催化性能优异；
2.所用原料廉价易得、资源丰富；
3.制备方法简便快捷、可大规模生产；
4.能耗低、污染小、环境友好。
附图说明
图1为Fe/TiO2负载型催化剂的XRD结果。由图可知，在低负载量时，Fe均匀的分散在TiO2载体上。当铁钛摩尔比大于0.1时，出现Fe2O3的晶相衍射峰。
图2为Fe/TiO2负载型催化剂的H2-TPR结果。其中，Fe/TiO2催化剂中的还原峰主要归属为Fe2O3的还原，分散态Fe2O3物种的还原峰温度低于纯Fe2O3样品。且随着负载量的提升，晶相Fe2O3的还原峰开始出现。
图3为Fe/TiO2负载型催化剂的NH3-SCR反应结果，其中(A)为NO转化率，(B)为N2选择性。由图可知，随着负载量的增加，Fe/TiO2催化活性变化趋势是先增加后不变。
图4为Fe/TiO2负载型催化剂在250℃时的抗硫性能测试结果。可以看出，Fe/TiO2在100ppm SO2存在的情况下，仍可保持80％以上的催化活性，并且维持72h活性不下降。
具体实施方式
实施例1. 0.25Fe/10TiO2催化剂的制备
准确称取0.505g硝酸铁溶解于30mL H2O中，然后再加入4g TiO2，继续搅拌2h，最后将液体在110℃油浴中蒸干得到粉末状物质并在110℃烘箱中干燥12h，研磨均匀，然后在马弗炉中空气气氛下经500℃焙烧4h，即可制得0.25Fe/10TiO2负载型催化剂。其XRD、H2-TPR以及NH3-SCR活性结果见附图1-4。
实施例2. 0.5Fe/10TiO2催化剂的制备
准确称取1.01g硝酸铁溶解于30mL H2O中，然后再加入4g TiO2，继续搅拌2h，最后将液体在110℃油浴中蒸干得到粉末状物质并在110℃烘箱中干燥12h，研磨均匀，然后在马弗炉中空气气氛下经500℃焙烧4h，即可制得0.5Fe/10TiO2负载型催化剂。其XRD、H2-TPR以及NH3-SCR活性结果见附图1-4。
实施例3. 1Fe/10TiO2催化剂的制备
准确称取2.02g硝酸铁溶解于30mL H2O，然后再加入4g TiO2，继续搅拌2h，最后将液体在110℃油浴中蒸干得到粉末状物质并在110℃烘箱中干燥12h，研磨均匀，然后在马弗炉中空气气氛下经500℃焙烧4h，即可制得1Fe/10TiO2负载型催化剂。其XRD、H2-TPR以及NH3-SCR活性结果见附图1-4。
实施例4. 2Fe/10TiO2催化剂的制备
准确称取4.04g硝酸铁溶解于30mL H2O，然后再加入4g TiO2，继续搅拌2h，最后将液体在110℃油浴中蒸干得到粉末状物质并在110℃烘箱中干燥12h，研磨均匀，然后在马弗炉中空气气氛下经500℃焙烧4h，即可制得2Fe/10TiO2负载型催化剂。其XRD、H2-TPR以及NH3-SCR活性结果见附图1-4。
应用实施例
将制备的Fe/TiO2负载型催化剂应用于NH3-SCR反应，表现出很好的催化性能(NO转化率和N2选择性)，其结果见附图3。
具体反应条件如下：催化反应测试在固定床连续流动石英反应器中进行。催化剂粒度为60-80目，用量为200mg。反应气体组成为：500ppm NO,500ppm NH3,100ppm SO2,5％O2,N2作平衡气，反应中的气体空速为30000mL·mg–1·h–1。在反应前，催化剂需用高纯N2在200℃下吹扫0.5h。催化反应在150-350℃进行,活性数据在反应达到平衡后采集。产物由Thermofisher IS10 FTIR检测分析，NO转化率和N2选择性通过以下公式计算：

Claims (4)

1.一种Fe/TiO2负载型催化剂的制备方法，其特征是：它是通过称取一定量的硝酸铁并溶解于30mL H2O中，然后在搅拌下加入称量的TiO2，所述的硝酸铁和TiO2的摩尔比为0.25:10-2:10，继续搅拌2h，随后将液体在110℃蒸干得到粉末状物质并在110℃烘箱中干燥12h，研磨均匀，最后在马弗炉中空气气氛下经500℃焙烧4h，即可制得Fe/TiO2负载型催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法制备的负载型Fe/TiO2催化剂，其特征是：活性组分Fe负载量在铁钛摩尔比小于0.1时以高分散的形式存在，在Fe高负载量时出现晶相Fe2O3。
3.一种权利要求1所述的Fe/TiO2负载型催化剂的制备方法所制得的Fe/TiO2负载型催化剂。
4.权利要求3所述的Fe/TiO2负载型催化剂在燃煤电厂烟气脱硝中的应用。
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