CN109821547A - 一种钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂及其制备方法 - Google Patents

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周刚
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Abstract

本发明属于氮氧化合物还原催化材料和大气污染控制及环境保护技术领域，具体涉及一种钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂及其制备方法。本发明的钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂的分子式为SmxFeTiOy，其中，0<x≤0.4，3.5＜y≤4.1。本发明的催化剂通过沉淀法合成，钐铁钛三组分之间相互作用，能够抑制铁和钛金属组分的晶化，二氧化钛主要以有利于脱硝反应的锐钛矿型二氧化钛的形式存在，此结构具有较大的比表面积，有更多的活性位参与反应；催化剂具有较高的脱硝性能和抗硫中毒性能，拓宽了催化剂的活性温度窗口，具有良好的脱硝效率，在200‑450℃的宽温度范围内，氮氧化物的净转化率达90%以上，选择性90%以上。

Description

一种钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于氮氧化合物还原催化材料技术领域，具体涉及一种钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂及其制备方法。
背景技术
作为最主要的大气污染物之一，氮氧化物（NOX）是引起我国各地酸雨、雾霾、臭氧破坏等环境问题的重大因素，严重影响生态平衡和人类健康，其污染控制已经成为目前环境催化和大气控制领域的研究热点。氨气选择性催化还原（NH3-SCR）是目前工业上应用最广，脱硝效率最高的烟气脱硝技术，而该技术的关键是高效稳定的催化剂。目前，工业上应用较为成熟的NH3-SCR催化剂是V2O5/TiO2或者在V2O5/TiO2基础上进行改性的催化剂，该催化剂温度窗口窄，通常在320-400 ℃范围内具有较好的催化性能，且活性组分V2O5毒性较大，易造成环境污染。因此，开发新型高效且环境友好型的脱硝催化剂对实现NOx的消除，具有非常重要的环境意义，是我国脱硝事业的迫切需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂及其制备方法。本发明的催化剂在富氧条件下选择性催化还原氮氧化物，适应温度范围宽，催化效率高，可用于燃煤电厂、工业锅炉、煅烧窑炉等固定源及柴油车等移动源排放氮氧化物的消除。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂及其制备方法，其特征在于，该脱硝催化剂及其制备方法具有以下特征：
一种钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂，所述钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂的分子式为SmxFeTiOy，其中，0<x≤0.4，3.5＜y≤4.1。
一种钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S01、分别配制钐、铁和钛的盐溶液；
S02、取配得的钐、铁和钛的盐溶液，在室温条件下搅拌，得到混合溶液；
S03、调节S02中混合溶液的pH值至10-11，继续搅拌至充分反应；
S04、取S03所得的反应液抽滤、洗涤、干燥，随后放入马弗炉中焙烧，制得钐铁钛复合氧化物催化剂。
所述钐的盐溶液为0.2-0.45mol/L的硝酸钐溶液。
所述铁的盐溶液为1-2mol/L的硝酸铁溶液。
所述钛的盐溶液为1-2mol/L的硫酸钛溶液。
所述焙烧温度为450-500℃，焙烧时间为4h。
所述干燥温度为100-120℃，干燥时间为12h。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明的催化剂通过沉淀法合成，能够发挥钐铁钛三组分之间的相互作用，从而抑制铁和钛金属组分的晶化，二氧化钛主要以有利于脱硝反应的锐钛矿型二氧化钛的形式存在，此结构具有较大的比表面积，有更多的活性位参与反应；同时，钐铁钛之间的协同催化作用能够促进电子在活性组分间的传递，从而有利于催化剂表面氧含量的提高，促进反应物分子的吸附与活化，从而提高催化剂的脱硝性能和抗硫中毒性能，拓宽了催化剂的活性温度窗口，具有良好的脱硝效率，在200-450℃的宽温度范围内，氮氧化物的净转化率达90%以上，选择性90%以上。本发明制得的催化剂可用于燃煤电厂、工业锅炉、建材炉窑等固定源及柴油车移动源排放氮氧化物的脱除。
下面通过附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例1-4和对比例1制备的催化剂还原NOx的转化率与温度的关系图。
图2是本发明实施例1-4和对比例1制备的催化剂还原NOx时氮气选择性与温度的关系图。
具体实施方式
实施例1
Sm0.1FeTiO3.65复合氧化物催化剂的制备，包括以下步骤：
（a）分别取配得的0.2mol/L硝酸钐10mL，2mol/L硝酸铁10mL，2mol/L硫酸钛溶液10mL，在室温条件下搅拌30分钟，得到混合溶液；
（b）将步骤（a）所得的混合溶液在不断搅拌下逐滴滴加氨水至pH值为10；
（c）将步骤（b）所得的反应液，抽滤、洗涤，在120 ℃条件下干燥12小时，然后在马弗炉中，500℃条件下焙烧4小时，制得Sm0.1FeTiO3.65复合氧化物催化剂。
实施例2
Sm0.2FeTiO3.8复合氧化物催化剂的制备，包括以下步骤：
（a）分别取0.4mol/L硝酸钐10mL，2mol/L硝酸铁10mL，2mol/L硫酸钛溶液10mL，在室温条件下搅拌30分钟，得到混合溶液；
（b）将步骤（a）所得的混合溶液在不断搅拌下逐滴滴加氨水至pH值为10；
（c）将步骤（b）所得的反应液，抽滤、洗涤，在120℃条件下干燥12时，然后在马弗炉中，500℃条件下焙烧4小时，制得Sm0.2FeTiO3.8复合氧化物催化剂。
实施例3
Sm0.3FeTiO3.95复合氧化物催化剂的制备，包括以下步骤：
（a）分别取0.45mol/L硝酸钐10mL，1.5mol/L硝酸铁10mL，1.5mol/L硫酸钛溶液10mL，在室温条件下搅拌30分钟，得到混合溶液；
（b）将步骤（a）所得的混合溶液在不断搅拌下逐滴滴加氨水至pH值为10；
（c）将步骤（b）所得的反应液，抽滤、洗涤，在120℃条件下干燥12小时，然后在马弗炉中，500℃条件下焙烧4小时，制得Sm0.3FeTiO3.95复合氧化物催化剂。
实施例4
Sm0.4FeTiO4.1复合氧化物催化剂的制备，包括以下步骤：
（a）分别取0.4mol/L的硝酸钐10mL，1 mol/L的硝酸铁10mL，1mol/L的硫酸钛溶液10mL，在室温条件下搅拌30分钟，得到混合溶液；
（b）将步骤（a）所得的混合溶液在不断搅拌下逐滴滴加氨水至pH值为10；
（c）将步骤（b）所得的反应液，抽滤、洗涤，在120 ℃条件下干燥12小时，然后在马弗炉中，500℃条件下焙烧4小时，制得Sm0.4FeTiO4.1复合氧化物催化剂。
对比例1
FeTiO3.5复合氧化物催化剂的制备，包括以下步骤：
（a）分别取2mol/L的硝酸铁10mL，2mol/L的硫酸钛溶液10mL，在室温条件下搅拌30分钟，得到混合溶液；
（b）将步骤（a）所得的混合溶液在不断搅拌下逐滴滴加氨水至pH值为10；
（c）将步骤（b）所得的反应液，抽滤、洗涤，在120 ℃条件下干燥12小时，然后在马弗炉中，500℃条件下焙烧4小时，制得FeTiO3.5复合氧化物。
称取0.12g实施例1-4和对比例1制备的催化剂，置于连续流动的固定床反应器中，反应气组成为0.05%NO，0.05%NH3，5%O2，用氮气做平衡气，反应气的流速为300mL/min，空速为159000h-1，活性评价温度范围为150-450℃，不同温度下，催化剂还原NOx的转化率、氮气选择性见附图1和附图2。
从附图1和附图2可以看出，通过适量的Sm的掺杂，制备的复合氧化物催化剂Sm0.1FeTiO3.65不论是在NOx的转化率还是氮气选择性方面都有了较大的提升，这是因为经过钐铁钛三组分之间的相互作用，能够抑制铁和钛金属组分的晶化，二氧化钛主要以有利于脱硝反应的锐钛矿型二氧化钛的形式存在，此结构具有较大的比表面积，有更多的活性位参与反应；同时，钐铁钛之间的协同催化作用能够促进电子在活性组分间的传递，从而有利于催化剂表面氧含量的提高，促进反应物分子的吸附与活化，从而提高催化剂的脱硝性能和抗硫中毒性能，拓宽了催化剂的活性温度窗口，具有良好的脱硝效率，在200-450℃的宽温度范围内，氮氧化物的净转化率和氮气选择性均达90%以上。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据本发明实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂，其特征在于，所述钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂的分子式为SmxFeTiOy，其中，0<x≤0.4，3.5＜y≤4.1。
2.根据权利要求1所述的一种钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01、分别配制钐、铁和钛的盐溶液；
S02、取配得的钐、铁和钛的盐溶液，在室温条件下搅拌，得到混合溶液；
S03、调节S02中混合溶液的pH值至10-11，继续搅拌至充分反应；
S04、取S03所得的反应液抽滤、洗涤、干燥，随后放入马弗炉中焙烧，制得钐铁钛复合氧化物催化剂。
3.根据权利要求2所述的钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述钐的盐溶液为0.2-0.45mol/L的硝酸钐溶液。
4.根据权利要求2所述的钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁的盐溶液为1-2mol/L的硝酸铁溶液。
5.根据权利要求2所述的钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述钛的盐溶液为1-2mol/L的硫酸钛溶液。
6.根据权利要求2所述的钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述焙烧温度为450-500℃，焙烧时间为4-8h。
7.根据权利要求2所述的钐铁钛复合氧化物脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述干燥温度为100-120℃，干燥时间为12-24h。
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