CN108816229B - 一种纳米铁锆复合催化剂制备方法 - Google Patents

一种纳米铁锆复合催化剂制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种纳米铁锆复合催化剂及其制备方法。将硝酸铁和硝酸锆溶解于去离子水中，得到混合物A。混合物A中，硝酸铁浓度与硝酸锆浓度之和为0.1～0.5mol/L，Fe与Zr的摩尔比为9∶1～5∶5。将混合物A加入浓度为0.5～2mol/L的NaOH溶液中搅拌，得到混合物B；混合物A和NaOH溶液的体积比为4∶3；将混合物B静止陈化，然后置于反应釜内进行水热反应12～48h，水热温度130～170℃，自然冷却至室温，得到混合物C。本发明提高脱硝活性，增强其热稳定性，使得其在脱硝过程的最佳脱硝效率得到提高。

Description

一种纳米铁锆复合催化剂制备方法
技术领域
本发明涉及催化剂技术领域，具体是一种纳米铁锆复合催化剂的制备方法。
背景技术
我国的能源结构以煤炭为主，粉尘、SO2、NOx是主要的污染源，其中NOx它能够引起酸雨和光化学烟雾等环境问题，对生态环境和人类健康造成巨大危害。因此，如何有效的控制NOx的排放，已经成为当前一个十分重要的课题。目前烟气脱硝技术中，比较有效的方法为NH3-SCR，V2O5-WoO3/TiO2催化剂体系运用最为广泛，其使用温度多在中高温区350-430℃，且此催化剂具有有毒物质钒，易对环境造成污染。为此，人们对脱硝催化剂技术不断深化研究，以寻求高效环保、制备方法简单、能实现产业化的脱硝催化剂。目前，铁基氧化物催化剂因其来源广、价格便宜、稳定性好、便于回收利用的优良特点得到国内外广泛研究。
现有技术将钒基催化剂和铁基催化剂的优点有机结合起来，以偏钒酸铵、硝酸铁为前驱物，在硝酸存在条件下制备成具有一定Fe：V摩尔比的混合溶液，然后采用水热法制备具有规整形貌的低维纳米钒酸铁催化剂。工艺紧凑，具有优异的活性、选择性、热稳定性，脱硝效果较好。但此催化剂为专用催化剂，使用条件有一定的限制，且水热法后后续还要经过热处理才能使用。
现有技术还通过简单易行的共沉淀法制备出了具有高活性、选择性、稳定性和抗SO2中毒性能的铁钛混合氧化物。其解决了NH3-SCR催化剂体系对人体和环境的毒害性且脱硝效果好。但其也存在一定不足，如在低温段其活性较低，共沉淀法容易混合不均。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米铁锆复合催化剂制备方法，其特征在于:
1〕将硝酸铁和硝酸锆溶解于去离子水中，得到混合物A。混合物A中，硝酸铁浓度与硝酸锆浓度之和为0.1～0.5mol/L，Fe与Zr的摩尔比为9∶1～5∶5。
2〕将步骤1〕中得到的混合物A加入浓度为0.5～2mol/L的NaOH溶液中搅拌，得到混合物B；混合物A和NaOH溶液的体积比为4∶3；
3〕将步骤2〕中得到的混合物B静止陈化，然后置于反应釜内进行水热反应12～48h，水热温度130～170℃，自然冷却至室温，得到混合物C；
4〕将步骤3〕中得到的混合物C洗涤、干燥，得到纳米铁锆复合催化剂。
值得说明的是，锆有较高的比表面积和丰富的表面缺陷在催化领域备受重视，因此将铁锆复合在一起制备一种纳米复合催化剂。综合两者的优点，提高脱硝活性，增强其热稳定性，使得其在脱硝过程的最佳脱硝效率得到提高。
进一步，步骤1〕中，利用超声，使得硝酸铁和硝酸锆溶分散均匀。
进一步，步骤2〕中，搅拌时间为30～90min。
进一步，步骤3〕中，陈化1～3天。
进一步，步骤3〕中，所述反应釜为聚四氟乙烯反应釜。
进一步，步骤3〕中，所述聚四氟乙烯反应釜为50ml。
进一步，步骤4〕中，对混合物C采用水洗和酒精洗涤。
进一步，步骤4〕中，先后采用水洗、酒精2～3次。
进一步，步骤4〕中，干燥温度为60～80℃。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明具有以下优点：
1)本发明提供的制备方式能使铁和锆形成固溶体，且元素分散均匀，提高催化剂的热稳定性，使其比表面积增大，选择性吸附相应增强，催化活性显著提高。
2)本发明仅用水热法，一步到位，采用复合催化剂的制备方法简单，无焙烧，流程清晰、易操作、安全，六边形的铁锆复合物在275℃脱硝率可达到74％。而制备的棒状催化剂在290℃脱硝率可高达85％。
附图说明
图1为铁基催化剂SEM图；
图2为陈化24h，六边形铁锆复合物SEM图；
图3为陈化72h，棒状铁锆复合物SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
铁基催化剂的制备
1)将0.484g硝酸铁溶解于20ml去离子水中，利用超声分散均匀。得到硝酸铁浓度为0.1mol/L混合物A1；
2)将步骤1)中得到的混合物A1加入浓度为2mol/L，15mL的NaOH溶液中，搅拌30min，得到混合物B1；
3)将步骤2)中得到的混合物B1分别静止陈化24h，然后置于50ml聚四氟乙烯反应釜内进行水热反应24h，水热温度为170℃，反应完成后自然冷却至室温，得到混合物C1；
4)将步骤3)中得到的混合物C1进行水洗、酒精洗涤各3次后，60℃干燥；得到铁基催化剂(图1)。
实施例2：
纳米六边形铁锆复合催化剂的制备
1)将0.4356g硝酸铁和0.08586g硝酸锆溶解于20ml去离子水中，利用超声分散均匀。得到两种盐溶液浓度之和为0.1mol/L混合物A2；
2)将步骤1)中得到的混合物A2加入浓度为2mol/L，15mL的NaOH溶液中，搅拌30min，得到混合物B2；
3)将步骤2)中得到的混合物B2分别静止陈化24h，然后置于50ml聚四氟乙烯反应釜内进行水热反应24h，水热温度为170℃，反应完成后自然冷却至室温，得到混合物C2；
4)将步骤3)中得到的混合物C2进行水洗、酒精洗涤各3次后，60℃干燥；得到纳米六边形状铁锆复合催化剂(图2)。
实施例3：
纳米棒状铁锆复合催化剂的制备
1)将0.4356g硝酸铁和0.08586g硝酸锆溶解于20ml去离子水中，利用超声分散均匀。得到两种盐溶液浓度之和为0.1mol/L混合物A3；
2)将步骤1)中得到的混合物A3加入浓度为2mol/L，15mL的NaOH溶液中，搅拌30min，得到混合物B3；
3)将步骤2)中得到的混合物B3分别静止陈化72h，然后置于50ml聚四氟乙烯反应釜内进行水热反应24h，水热温度为170℃，反应完成后自然冷却至室温，得到混合物C3；
4)将步骤3)中得到的混合物C3进行水洗、酒精洗涤各3次后，60℃干燥；得到纳米棒状铁锆复合催化剂(图3)。
催化剂性能评价：分别取实施例1～3制备的催化剂各取0.2克，放入固定床石英管反应器中，进行活性测试。反应器入口含有500ppm NO，500ppm NH3，6％O2，其余为N2。气体总流量1000mL/min，空速180000h-1，测试反应温度0-450℃。实验结果见表1。
表1脱硝催化剂活性评价
Figure BDA0001652783250000041
由表1可知，根据本发明制备的铁锆复合脱销催化剂比单独的铁基催化剂脱硝效果好，而陈化72h的棒状铁锆复合催化剂比陈化24h的六边形铁锆复合催化剂脱硝效果好，三者皆在300℃左右脱硝效率最高，实施例3在295℃时，脱硝效果最高达到85％。

Claims (7)

1.一种纳米铁锆复合脱硝催化剂的制备方法，其特征在于:
1〕将硝酸铁和硝酸锆溶解于去离子水中，得到混合物A；混合物A中，硝酸铁浓度与硝酸锆浓度之和为0.1～0.5 mol/L，Fe与Zr的摩尔比为9∶1～5∶5；
2〕将步骤1〕中得到的混合物A加入浓度为0.5～2mol/L的NaOH溶液中搅拌30～90min，得到混合物B；混合物A和NaOH溶液的体积比为4∶3；
3〕将步骤2〕中得到的混合物B静止陈化1～3天，然后置于反应釜内进行水热反应12～48h，水热温度130～170℃，自然冷却至室温，得到混合物C；
4〕将步骤3〕中得到的混合物C洗涤、干燥，得到六边形状或棒状的纳米铁锆复合催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种纳米铁锆复合脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1〕中，利用超声，使得硝酸铁和硝酸锆分散均匀。
3.根据权利要求2所述的一种纳米铁锆复合脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：步骤3〕中，所述反应釜为聚四氟乙烯反应釜。
4.根据权利要求3所述的一种纳米铁锆复合脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：步骤3〕中，所述聚四氟乙烯反应釜为50mL。
5.根据权利要求1所述的一种纳米铁锆复合脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：步骤4〕中，对混合物C采用水洗和酒精洗涤。
6.根据权利要求5所述的一种纳米铁锆复合脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：步骤4〕中，先后采用水洗、酒精洗涤2～3次。
7.根据权利要求6所述的一种纳米铁锆复合脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：步骤4〕中，干燥温度为60～80℃。
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