CN110479242A - 一种抗水低温scr催化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种抗水低温SCR催化剂及其制备方法，将低温SCR催化剂粉末负载于基体上，然后通过热压工艺将孔径为100～200nm的多孔聚四氟乙烯薄膜固定在低温SCR催化剂表面。该催化剂由不锈钢网板、低温SCR催化剂粉末、微孔聚四氟乙烯薄膜组成，催化层负载在基体上，表面疏水层负载在催化剂层之上。本发明公开的催化剂抗水性好且低温活性高(10％水含量，100～180℃，脱硝效率可大于90％)，其制备工艺简单，适合规模化生产，便于工程推广应用。

Description

一种抗水低温SCR催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于工业锅炉烟气净化技术领域，具体涉及一种抗水低温SCR催化剂及其制备方法。
背景技术
燃煤工业锅炉烟气净化是近年来大气环保领域关注的重点。其中，烟气脱硝是治理技术的难点。常见的燃煤工业锅炉烟气脱硝技术主要有低氮燃烧，SNCR脱硝和低温SCR脱硝。低氮燃烧和SNCR脱硝其脱硝效率均较低(40％左右)，单独或联合使用，很难实现烟气NOx的达标排放。低温SCR脱硝是一种先进的烟气净化技术。从理论上讲，该技术可以在较低的烟温(100℃左右)下实现很高(＞90％)的NOx脱除效率，在燃煤工业锅炉上展现了广阔的应用前景。但由于实际烟气中存在大量水蒸气，显著降低了催化剂的脱硝活性，导致低温SCR脱硝在燃煤工业锅炉上的应用受阻。因此，提高低温SCR催化剂的抗水性一直是学术界研究的热点。虽然有学者通过向催化剂中添加辅助组分(如Zr、Fe、Ni等元素的氧化物)以提高活性组分的分散性来增加催化剂的低温脱硝性能，这样变相提高其抗水性，但上述方法在实际工程应用中收效甚微。鉴于此，开发抗水低温SCR催化剂显得尤为重要与必要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种抗水低温SCR催化剂及其制备方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种抗水低温SCR催化剂的制备方法，将低温SCR催化剂粉末负载于基体上，然后通过热压工艺将孔径为100～200nm的多孔聚四氟乙烯薄膜固定在低温SCR催化剂表面。
本发明进一步的改进在于，低温SCR催化剂粉末通过以下过程制备：以钛酸四丁酯、硝酸铈、偏钒酸铵和水为原料，无水乙醇为溶剂，硝酸为水解抑制剂，在室温下用溶胶凝胶法制得。
本发明进一步的改进在于，低温SCR催化剂粉末通过以下过程制备：按摩尔比钛酸四丁酯：无水乙醇：水：硝酸：偏钒酸铵：硝酸铈＝1:8:6:1：(0.04～0.09)：(0.1～0.2)，将钛酸四丁酯、无水乙醇、水、硝酸、偏钒酸铵与硝酸铈混合后再室温下进行反应，反应至粘度不再增加，干燥，煅烧，得到低温SCR催化剂粉末。
本发明进一步的改进在于，干燥的温度为100℃，时间为24小时。
本发明进一步的改进在于，煅烧的温度为400℃，时间为2小时。
本发明进一步的改进在于，将低温SCR催化剂粉末负载于基体上的具体过程如下：将低温SCR催化剂粉末与粘合剂按质量比2:3混合后，涂覆在不锈钢网板上，再于450℃煅烧2小时；其中，粘合剂是硅溶胶与聚乙烯醇按质量比1:3在60℃水中混合而成。
本发明进一步的改进在于，多孔聚四氟乙烯薄膜的厚度为20～30微米。
一种抗水低温SCR催化剂，从下到上由基体、催化剂层和表面涂层三部分组成；所述催化剂层为低温SCR催化剂粉末，低温SCR催化剂粉末的活性组分是CeO2和V2O5，低温SCR催化剂粉末的载体是锐钛矿型纳米TiO2，表面涂层为多孔聚四氟乙烯薄膜。
本发明进一步的改进在于，所述基体为不锈钢网板。
本发明进一步的改进在于，多孔聚四氟乙烯薄膜的孔径为100～200纳米，厚度为20～30微米。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明采用具有特殊孔径的聚四氟乙烯薄膜涂敷在低温SCR催化剂表面，可以有效减少烟气中水蒸气与催化剂接触，进而提高催化剂的抗水性。薄膜提高催化剂抗水性主要缘于聚四氟乙烯本身强烈疏水性能和特殊的孔径。薄膜孔径太小(小于100nm)，水蒸气会在微孔中发生毛细冷凝，形成液态水堵塞微孔，隔绝烟气与催化剂接触，导致脱硝效率显著降低；而薄膜孔径太大，水蒸气会在压差(烟气流动而产生)作用下，直接穿过微孔与催化剂接触，导致催化剂抗水性降低，脱硝效率下降。因此，按本发明公开的微孔聚四氟乙烯薄膜进行表面涂覆，所得到催化剂与常规低温SCR催化剂相比，具有更优抗水性和低温脱硝活性。
(2)本发明公开的催化剂制备方法是以传统板式SCR催化剂的制备工艺为基础，只增加了简单的表面涂层粘附工序，因此，该方法工艺相对成熟，适合规模化生产，便于催化剂工程推广应用。
本发明制备的催化剂包括基体、催化剂层和表面涂层，催化剂抗水性好且低温活性高，10％水含量，100～180℃下脱硝效率大于90％。
附图说明
图1为本发明的一种抗水低温SCR催化剂结构示意图。
图中，1为表面涂层，2为低温SCR催化剂层，3为基体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明提供的一种抗水低温SCR催化剂的结构如图1所示，从上向下依次包括表面涂层1(即微孔聚四氟乙烯薄膜)、低温SCR催化剂层2以及基体3(即不锈钢网板)。
其化学组成与制备工艺相关，该催化剂的制备工艺包括如下步骤：
(1)低温SCR催化剂粉末的制备与负载
低温SCR催化剂粉末是通过溶胶凝胶法制备，即以钛酸四丁酯、硝酸铈、偏钒酸铵和水为原料，无水乙醇为溶剂，硝酸为水解抑制剂，在室温下反应制得。原料配比(摩尔比)是钛酸四丁酯：无水乙醇：水：硝酸：偏钒酸铵：硝酸铈＝1:8:6:1：(0.04～0.09)：(0.1～0.2)，反应时间以体系粘度不再增加为止。将所得凝胶在100℃左右干燥24h，然后在400℃煅烧2小时，即可得到低温SCR催化剂粉末Ce-V/Ti。其中，硝酸的质量浓度为65-68％。
催化剂的负载是将Ce-V/Ti催化剂粉末与粘合剂按质量比2:3混合后，涂覆在不锈钢网板基体上，再于450℃煅烧2小时而制得。其中，粘合剂是硅溶胶与聚乙烯醇按质量比1:3在60℃水中混合而成。
(2)表面涂层的负载
将催化剂粉末负载于不锈钢网板上后，再用聚氨酯胶黏剂通过热压工艺将孔径为100～200nm、厚度为20～30um的多孔聚四氟乙烯薄膜固定在催化剂表面。
本发明所制备的催化剂的结构为：从下到上由基体、催化剂层和表面涂层三部分组成；所述催化剂层为低温SCR催化剂粉末，低温SCR催化剂粉末的活性组分是CeO2和V2O5，低温SCR催化剂粉末的载体是锐钛矿型纳米TiO2，表面涂层为微孔聚四氟乙烯薄膜。其中，所述基体为不锈钢网板，微孔聚四氟乙烯薄膜的孔径为100～200纳米，厚度为20～30微米。
将所得脱硝滤料在SCR脱硝试验台上利用模拟烟气(烟气中水蒸气含量20(v/v)％，其他为燃煤烟气典型组成)进行低温(100～180℃)脱硝性能评价，脱硝效率由烟气分析仪测试、计算得到。
实施例1
(1)低温SCR催化剂粉末的制备与负载
将钛酸四丁酯1mol、无水乙醇8mol、水6mol、硝酸1mol、偏钒酸铵0.04mol以及硝酸铈0.15mol混合后进行反应，反应时间以体系粘度不再增加为止，将所得凝胶在100℃左右干燥24h，然后在400℃煅烧2小时，得到低温SCR催化剂粉末Ce-V/Ti。
催化剂的负载是将Ce-V/Ti催化剂粉末与粘合剂按质量比2:3混合后，涂覆在不锈钢网板基体上，再于450℃煅烧2小时而制得。其中，粘合剂是硅溶胶与聚乙烯醇按质量比1:3在60℃水中混合而成。
(2)表面涂层的负载
将催化剂粉末负载于不锈钢网板上后，再采用聚氨酯胶黏剂通过热压工艺将孔径为100～200nm、厚度为20um的多孔聚四氟乙烯薄膜固定在催化剂表面。
实施例2-7其他条件与实施例1中条件相同，不同详见表1。
表1实施例1-7结果
从表1可以看出，本发明制备的催化剂的脱硝效率在90％以上，最高达98％。
本发明的催化剂由不锈钢网板(基体)、低温SCR催化剂粉末(催化层)、微孔聚四氟乙烯薄膜(表面疏水层)组成，催化层负载在基体上，表面疏水层负载在催化剂层之上。抗水低温SCR催化剂的制备工艺包括低温SCR催化剂粉体制备与负载，以及表面疏水涂层的粘附。其中，低温SCR催化剂以钛酸四丁酯、硝酸铈、偏钒酸铵为主要原料采用溶胶凝胶法制备，催化剂粉末通过与粘合剂混合后烧结负载在基体上。疏水的多孔聚四氟乙烯薄膜通过聚氨酯热压粘附在催化剂表面。本发明公开的催化剂抗水性好且低温活性高(10％水含量，100～180℃，脱硝效率可大于90％)，其制备工艺简单，适合规模化生产，便于工程推广应用。

Claims (10)

1.一种抗水低温SCR催化剂的制备方法，其特征在于，将低温SCR催化剂粉末负载于基体上，然后通过热压工艺将孔径为100～200nm的多孔聚四氟乙烯薄膜固定在低温SCR催化剂表面。
2.根据权利要求1所述的一种抗水低温SCR催化剂的制备方法，其特征在于，低温SCR催化剂粉末通过以下过程制备：以钛酸四丁酯、硝酸铈、偏钒酸铵和水为原料，无水乙醇为溶剂，硝酸为水解抑制剂，在室温下用溶胶凝胶法制得。
3.根据权利要求1或2所述的一种抗水低温SCR催化剂的制备方法，其特征在于，低温SCR催化剂粉末通过以下过程制备：按摩尔比钛酸四丁酯：无水乙醇：水：硝酸：偏钒酸铵：硝酸铈＝1:8:6:1：(0.04～0.09)：(0.1～0.2)，将钛酸四丁酯、无水乙醇、水、硝酸、偏钒酸铵与硝酸铈混合后再室温下进行反应，反应至粘度不再增加，干燥，煅烧，得到低温SCR催化剂粉末。
4.根据权利要求3所述的一种抗水低温SCR催化剂的制备方法，其特征在于，干燥的温度为100℃，时间为24小时。
5.根据权利要求3所述的一种抗水低温SCR催化剂的制备方法，其特征在于，煅烧的温度为400℃，时间为2小时。
6.根据权利要求1所述的一种抗水低温SCR催化剂的制备方法，其特征在于，将低温SCR催化剂粉末负载于基体上的具体过程如下：将低温SCR催化剂粉末与粘合剂按质量比2:3混合后，涂覆在不锈钢网板上，再于450℃煅烧2小时；其中，粘合剂是硅溶胶与聚乙烯醇按质量比1:3在60℃水中混合而成。
7.根据权利要求1所述的一种抗水低温SCR催化剂的制备方法，其特征在于，多孔聚四氟乙烯薄膜的厚度为20～30微米。
8.根据权利要求1所述的方法制备的抗水低温SCR催化剂，其特征在于，从下到上由基体、催化剂层和表面涂层三部分组成；所述催化剂层为低温SCR催化剂粉末，低温SCR催化剂粉末的活性组分是CeO2和V2O5，低温SCR催化剂粉末的载体是锐钛矿型纳米TiO2，表面涂层为多孔聚四氟乙烯薄膜。
9.根据权利要求8所述的抗水低温SCR催化剂，其特征在于，所述基体为不锈钢网板。
10.根据权利要求8所述的抗水低温SCR催化剂，其特征在于，多孔聚四氟乙烯薄膜的孔径为100～200纳米，厚度为20～30微米。
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