CN109847769A - 一种低温耐硫钼钒钛系脱硝催化剂、制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温耐硫钼钒钛系脱硝催化剂、制备方法及其应用，属于脱硝催化剂领域，所述催化剂的组分分别为：催化剂载体为TiO₂，活性组分为V₂O₅，助剂为MoO₃、P₂O₅以及RuO₂。本发明催化剂采用浸渍法制备负载V₂O₅、MoO₃、P₂O₅以及RuO₂的脱硝催化剂，主要是在低温脱除烟气中氮氧化物中的应用，通过负载微量贵金属元素，可以实现在低温烟气下进行高活性的脱硝，减缓催化剂的失活，提高催化剂的寿命。而且本发明脱硝催化剂的制备方法简单易操作，生产效率高，能够为以后的工业化应用打下基础。

Description

一种低温耐硫钼钒钛系脱硝催化剂、制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及低温脱硝催化剂技术领域，更具体的说是涉及一种低温耐硫钼钒钛系脱硝催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一，也是直接导致我国各地雾霾天、臭氧破坏、空气污染的重大因素。以氨气为还原剂的选择性催化还原(SCR)技术是目前烟气脱硝技术中最为成熟、高效的技术。脱硝催化剂是该技术的核心，它的性能是决定整个系统的脱硝效果和经济性的主要因素。

目前国内外市场上的脱硝催化剂的工作温度大多在300～400℃，属于中温催化剂，而针对一些工业锅炉等低温烟气的处理需要复杂的换热器系统，在低温烟气条件下，烟气中的SOx会形成硫酸盐类物质毒害催化剂，加速催化剂的失活，缩短催化剂的使用寿命。

因此，针对现有技术存在问题，研发出一种具有低温高活性的耐硫脱硝催化剂，不仅可以减少因对低温烟气再热而浪费的大量能源，同时还可以缓解SOx对催化剂的毒害作用，提高催化剂寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种低温耐硫钼钒钛系脱硝催化剂、制备方法及其应用，该发明不仅制备方法简单，而且可以实现在低温烟气下进行高活性的脱硝，减缓催化剂的失活，提高催化剂的寿命。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种低温耐硫钼钒钛系脱硝催化剂，所述催化剂的组分分别为：催化剂载体为TiO2，活性组分为V2O5，助剂为MoO3、P2O5以及RuO2。

优选的，所述催化剂各组分的质量百分数为：TiO₂为70-95wt％，MoO₃为1-20wt％，V₂O₅为1-10wt％，P₂O₅为0.5-2wt％，RuO₂为0.01-0.1wt％。

优选的，所述催化剂各组分的前驱物分别是：MoO₃前驱物为钼酸铵，V₂O₅前驱物为偏钒酸铵，P₂O₅前驱物为磷酸三铵，RuO₂前驱物为三氯化钌。

优选的，所述TiO₂为锐钛矿型的二氧化钛。

第二方面，本发明提供了一种低温耐硫钼钒钛系脱硝催化剂的制备方法，采用浸渍法制备，该方法包括如下步骤：

1)将草酸和偏钒酸铵溶于去离子水中，并在40-80℃条件下搅拌溶解，直至全部溶解为蓝色澄清溶液；

2)将钼酸铵、磷酸三铵、三氯化钌依次加入到步骤1)生成的溶液中，继续在40-80℃条件下搅拌，待其全部溶解为黑色溶液；

3)将定量的TiO₂载体缓慢加入到步骤2)制备的黑色溶液中，并在40-80℃条件下搅拌，直至呈粘稠状；

4)将步骤3)得到的粘稠状固体，先在烘箱中烘干至呈块状，然后放入马弗炉在200-300℃条件下焙烧2-5小时，然后在400-500℃条件下焙烧2-5小时，自然冷却到室温，筛分至20-120目备用，得到低温耐硫钼钒钛系脱硝催化剂。

优选的，所述草酸、偏钒酸铵、钼酸铵、磷酸三铵、三氯化钌和二氧化钛的质量比为(1-3)：1:1.5：0.3:(0.1-0.15)：20。

第三方面，本发明提供了一种低温耐硫钼钒钛系脱硝催化剂在低温脱除烟气中氮氧化物中的应用。

本发明所具有的优点如下：

1、本发明采用浸渍法制备负载V₂O₅、MoO₃、P₂O₅以及RuO₂的脱硝催化剂，通过负载微量贵金属元素，使得脱硝催化剂可以降低催化温度，在150-400℃的温度范围内能够达到90％以上的脱除氮氧化物效率，不需另外设置升温装置。

2、本发明通过负载微量贵金属元素，还使该脱硝催化剂具有优秀的低温耐硫性能，可减缓在烟气中SO_x所形成的硫酸盐类和亚硫酸盐类对脱硝催化剂的毒害，提高催化剂的使用寿命。

3、本发明实现了在较低能耗的情况下进行脱硝，既降低了成本，又有效防止脱硝催化剂孔道堵塞，提高脱硝催化剂寿命。

4、本发明提供的制备方法，原料来源丰富，简单易操作，制备时间短，生产效率高，为以后工业化应用打下基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明RuO2-V2O5-MoO3-TiO2催化剂在不同温度下的脱硝效率图。

图2为本发明实施例1中所得的1#催化剂的抗硫性能图。

图3为本发明实施例3中所得的3#催化剂的抗硫性能图。

图4为本发明实施例1、实施例3所制得RuO₂-V₂O₅-MoO₃-TiO₂样品的XRD谱图。

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1：

将3g草酸和1g偏钒酸铵溶于40g去离子水中，并在50℃条件下搅拌溶解，全部溶解直至变为蓝色澄清溶液；将1.5g钼酸铵、0.3g磷酸三铵和0.1g三氯化钌依次加入到生成的溶液中，继续在50℃条件下搅拌，全部溶解直至变为黑色溶液；将20gTiO₂载体缓慢加入到上述溶液中，并在40℃条件下搅拌，直至呈粘稠状；将得到的粘稠状固体，先放入烘箱中烘干，然后放入马弗炉，在250℃条件下焙烧2个小时，然后在450℃条件下焙烧5个小时，自然冷却到室温，筛分至20-120目备用，得到1#催化剂。

实施例2：

将3g草酸和2g偏钒酸铵溶于80g去离子水中，并在50℃条件下搅拌溶解，全部溶解直至变为蓝色澄清溶液；将3g钼酸铵、0.6g磷酸三铵和0.25g三氯化钌依次加入到生成的溶液中，继续在50℃条件下搅拌，全部溶解直至变为黑色溶液；将40gTiO₂载体缓慢加入到上述溶液中，并在40℃条件下搅拌，直至呈粘稠状；将得到的粘稠状固体，先放入烘箱中烘干，然后放入马弗炉，在250℃条件下焙烧2个小时，然后在450℃条件下焙烧5个小时，自然冷却到室温，筛分至20-120目备用，得到2#催化剂。

实施例3：

将6g草酸和2g偏钒酸铵溶于80g去离子水中，并在50℃条件下搅拌溶解，全部溶解直至变为蓝色澄清溶液；将3g钼酸铵、0.6g磷酸三铵和0.25g三氯化钌依次加入到生成的溶液中，继续在50℃条件下搅拌，全部溶解直至变为黑色溶液；将40gTiO2载体缓慢加入到上述溶液中，并在40℃条件下搅拌，直至呈粘稠状；将得到的粘稠状固体，先放入烘箱中烘干，然后放入马弗炉，在250℃条件下焙烧2个小时，然后在450℃条件下焙烧5个小时，自然冷却到室温，筛分至20-120目备用，得到3#催化剂。

测试例1：

分别以实施例1的1#催化剂，实施例的2#催化剂，实施例的3#催化剂为例，进行脱硝活性测试。原料气组成部分为NOx(700ppm)、NH₃(700ppm)，5％O₂，N₂作为平衡气，空速为27000h^-1，测试催化剂在120-400℃的脱硝效率曲线，测试结果如图1。图中No.1对应实施例1的1#催化剂，No.2对应实施例2的2#催化剂，No.3对应实施例3的3#催化剂。

由测试结果可以看出，催化剂脱硝效率在150-400℃可以达到90％以上，高活性区间大，拥有良好的脱硝性能。

测试例2：

以实施例1的1#催化剂进行抗硫实验。原料气组成部分为NOx(700ppm)、NH₃(700ppm)，5％O₂，SO₂浓度286mg/m³，N₂作为平衡气，空速为27000h^-1，在160℃条件下进行抗硫实验，测试结果如图2。图中No.1对应实施例1的1#催化剂。

由测试结果可以看出，测试时间52小时，脱硝效率由83％降到78％，1#催化剂的催化性能未受到明显影响。

测试例3：

以实施例3的3#催化剂进行抗硫实验。原料气组成部分为NOx(700ppm)、NH₃(700ppm)，5％O₂，SO₂浓度286mg/m³，N₂作为平衡气，空速为27000h^-1，在175℃和180℃条件下进行抗硫实验，测试结果如图3。图中No.3对应实施例3的3#催化剂。

由测试结果可以看出，温度在175℃时，测试时间240小时，脱硝效率由97％降到84.5％。温度在180℃时，测试时间146小时，脱硝效率由90％下降到85％，3#催化剂的催化性能未受到明显影响。

测试例4：

分别以实施例1的1#催化剂，实施例3的3#催化剂，进行X-射线衍射测试，测试结果如图4。图中No.1对应实施例1的1#催化剂样品的XRD谱图，No.3对应实施例3的3#催化剂样品的XRD谱图。

从图中可以看出，两种样品的XRD图仅出现TiO₂的特征衍射峰，在衍射角2θ＝25.28°时出现最高峰，并没有出现V₂O₅、MoO₃、RuO₂特征衍射峰，可能是因为其负载量较少，其衍射特征峰被湮没于衍射曲线背底中，无法观察到。

以上实施例仅用于说明本发明的内容，除此之外，本发明还有其它实施方式。但是凡采用等同替换或等效变形方式形成的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种低温耐硫钼钒钛系脱硝催化剂，其特征在于，所述催化剂的组分分别为：催化剂载体为TiO₂，活性组分为V₂O₅，助剂为MoO₃、P₂O₅以及RuO₂。

2.根据权利要求1所述的一种低温耐硫钼钒钛系脱硝催化剂，其特征在于：所述催化剂各组分的质量百分数为：TiO₂为70-95wt％，MoO₃为1-20wt％，V₂O₅为1-10wt％，P₂O₅为0.5-2wt％，RuO₂为0.01-0.1wt％。

3.根据权利要求1所述的一种低温耐硫钼钒钛系脱硝催化剂，其特征在于：所述催化剂各组分的前驱物分别是：MoO₃前驱物为钼酸铵，V₂O₅前驱物为偏钒酸铵，P₂O₅前驱物为磷酸三铵，RuO₂前驱物为三氯化钌。

4.根据权利要求1所述的一种低温耐硫钼钒钛系脱硝催化剂，其特征在于：所述TiO₂为锐钛矿型的二氧化钛。

5.一种低温耐硫钼钒钛系脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，采用浸渍法制备，该方法包括如下步骤：

1)将草酸和偏钒酸铵溶于去离子水中，并在40-80℃条件下搅拌溶解，直至全部溶解为蓝色澄清溶液；

2)将钼酸铵、磷酸三铵、三氯化钌依次加入到步骤1)生成的溶液中，继续在40-80℃条件下搅拌，待其全部溶解为黑色溶液；

3)将定量的TiO₂载体缓慢加入到步骤2)制备的黑色溶液中，并在40-80℃条件下搅拌，直至呈粘稠状；

4)将步骤3)得到的粘稠状固体，先在烘箱中烘干至呈块状，然后放入马弗炉在200-300℃条件下焙烧2-5小时，然后在400-500℃条件下焙烧2-5小时，自然冷却到室温，筛分至20-120目备用，得到低温耐硫钼钒钛系脱硝催化剂。

6.根据权利要求5所述的一种低温耐硫钼钒钛系脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述草酸、偏钒酸铵、钼酸铵、磷酸三铵、三氯化钌和二氧化钛的质量比为(1-3)：1:1.5：0.3:(0.1-0.15)：20。

7.一种低温耐硫钼钒钛系脱硝催化剂在低温脱除烟气中氮氧化物中的应用。