CN110479246B - 一种微波紫外场中的烟气脱硫脱硝还原催化剂及制备工艺 - Google Patents

一种微波紫外场中的烟气脱硫脱硝还原催化剂及制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种微波无极紫外场中的烟气脱硫脱硝还原催化剂及制备工艺，该脱硫脱硝还原催化剂包括活性组分、载体和载床，活性组分包括V2O5、WO3、Fe2O3、CuO、CrOx、MnOx、MgO、MoO3、NiO其中的一种或多种，载体包括TiO2、Al2O3、SiC、SiO2、石墨其中的一种或多种，载床包括紫外晶体网和高硅氧玻璃型材。将活性组分负载到载体上之后，再将载体均匀涂布在载床上，固化稳定后的得到脱硫脱硝催化剂。该催化剂在微波紫外场中，受微波加热后具有非常高的催化活性，并且能避免催化还原过程中生成的硫沉积在催化剂表面，能够高效催化还原脱硫脱硝。

Description

一种微波紫外场中的烟气脱硫脱硝还原催化剂及制备工艺
技术领域
本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种微波紫外场中的烟气脱硫脱硝还原催化剂及制备工艺。
背景技术
燃煤锅炉和火力发电厂排放的烟气中含有二氧化硫、氮氧化物和粉尘等多种有害成份，造成了非常严重的大气污染，同时也影响社会经济发展和人民群众的健康生活，控制SO2、NO排放、改善大气环境质量已经成为我国环境保护重要任务之一。因此，烟气净化新技术与新工艺的开发成为近年来环境污染控制与治理的研究热点。微波无极紫外光催化技术在废气处理领域可用于空气消毒、杀菌、除臭、净化有机废气等，具有设备结构简单、操作简单、净化效率高、无二次污染等优点，对于烟气脱硫脱硝处理也被认为是一项很有应用前景的烟气净化技术。
如果将微波无极紫外光催化技术与催化还原技术结合起来用于烟气的同时脱硫脱硝处理，在微波热效应、光催化和还原催化剂的协同作用下，烟气中的硫氧化物和氮氧化物可彻底被去除，并且微波加热是自内而外的体加热，具有加热均匀、高效快速、选择性强、便于控制的特点，能够促进催化剂的催化作用，还能够避免烟气中的SO2与还原剂反应生成硫元素阻塞孔道或沉积在催化剂表面。微波辅助催化脱硫脱硝较常规只使用催化剂相比，能有效提高催化剂的活性；与电子束辐照法相比，具有设备投资少，能量利用率高，系统运行稳定，维护费用低等优点。因此，需要研发一种应用于微波紫外场的烟气脱硫脱硝还原催化剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微波紫外场中烟气脱硫脱硝还原催化剂及制备工艺，该催化剂能够在微波场和紫外光场中增强催化活性，提高催化剂的使用率，降低还原剂的用量，从而降低烟气脱硫脱硝催化还原处理过程的运行成本。
一种微波紫外场中的烟气脱硫脱硝还原催化剂，包括活性组分、载体和载床，所述活性组分包括V2O5 、WO3、Fe2O3、CuO、CrOx、MnOx 、MgO、MoO3、NiO其中的一种或多种，所述载体包括TiO2、Al2O3、SiC、SiO2、石墨其中的一种或多种，所述载床包括紫外晶体网和高硅氧玻璃型材，所述活性成分负载到所述载体上之后，所述载体均匀分散固定到所述载床上制成微波无极紫外场中的烟气脱硫脱硝还原催化剂。
进一步的，所述活性组分与载体的质量比为5~10:80~90。
进一步的，所述紫外晶体网的孔径不小于5mm，所述紫外晶体网为不吸收微波材料，包括：氟化钙、氟化镁、氟化钡材料，在微波紫外场中为负载活性组分的载体提供载床，在烟气反应过程中不会堵塞通道。
进一步的，所述高硅氧玻璃型材可选用蜂窝式、板式和波纹式类型，所述高硅氧玻璃型材载床是不吸收微波且能透过紫外光的材料。
本发明还提供一种微波紫外场中烟气脱硫脱硝还原催化剂的制备工艺。所述微波紫外场中烟气脱硫脱硝还原催化剂的制备工艺，包括如下步骤：
步骤1：准备活性组分溶液，将金属盐加入水中溶解，得到第一浆液；将第一浆液恒温110℃加热10h~20h，得到第二浆液；将第二浆液过滤等到金属氧化物活性组分。
进一步的，步骤1中金属盐和水的质量比为30：350。
步骤2：取质量分数为10%的草酸氧钒溶液作为浸渍溶液
步骤3：制作载体粉末，将硅石、钛钨矿、石墨研磨成粉末，粒径为10~100um。
步骤4：将载体粉末、金属氧化物活性组分与浸渍溶液进行混合，三种物质的质量比为80~90:1~10:300，研磨2h~4h制成第三浆液，将第三浆液水浴加热蒸发4h~6h，干燥后再在500℃~650℃下活化3~5h得到固体粉剂。
步骤5：准备无机胶黏剂水溶液，将步骤4所得固体粉剂加入无机胶黏剂水溶液中，并在超声波振荡水浴器80℃下均相处理3h，制成第四浆液。
步骤6：准备载床材料，选用紫外晶体网或者高硅氧玻璃型材，将准备好的载床材料清洗干燥后，将第四浆液涂刷或喷涂在紫外晶体网或高硅氧玻璃型材上，然后在90℃下低温干燥6~10h，或者将高硅氧玻璃型材浸渍在第四浆液中，并在超声振荡器中静置2h，然后取出高硅氧玻璃型材在90℃下低温干燥6~10h，干燥后的负载型紫外晶体网和高硅氧玻璃型材即可直接作为微波无极紫外废气处理设备的催化剂床层。
进一步的，该催化剂能用于烟气的单一脱硫、脱硝和同时脱硫脱硝处理。
本发明的催化剂制备工艺简单，在微波加热下具有优良的催化性能，并且能避免催化还原过程中生成的硫沉积在催化剂表面，能够高效催化还原脱硫脱硝。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的催化剂平面示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是本实施例只用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
实施例1
一种微波紫外场中的烟气脱硫还原催化剂的制备工艺：
取高锰酸钾60g放进烧杯中，加入700mL的去离子水溶解，将烧杯置于恒温加热器上，110℃搅拌加热12h，冷却后用抽滤装置过滤保留固体物质获得锰氧化物。
将30g石墨用球磨机研磨2h制成石墨粉，取100mL质量分数为10%的草酸氧钒溶液，将锰氧化物、石墨粉加入到草酸氧钒溶液中，用八字振荡研磨仪研磨3h后在水浴锅中加热蒸发出多余水分，剩余的固体成分在马弗炉中550℃下加热3h得到固体粉剂。
取水玻璃（Na2O.nSiO2,n=3）20g，用100mL的去离子水制成水玻璃溶液，将前一步所得的固体粉剂加入到水玻璃溶液中，经超声水浴振荡器80℃下反应3h后制成液体催化剂，取一块长宽为500*500mm、孔径为8mm的紫外晶体网并去除表面杂质，用细毛刷子将液体催化剂均匀涂敷在紫外晶体网的表面，涂刷完成后在烘箱中90℃下低温干燥固化。
在微波无极紫外废气处理设备中进行该催化剂的应用试验，将制备得到的脱硫催化剂安装在微波无极紫外废气处理设备反应腔中，利用气体储罐内的氮气、二氧化硫、氨气和氧气混合成一定配比的模拟烟气，经过石英管反应器中进行催化还原反应，通过对反应前后的二氧化硫浓度的检测，表征脱硫催化剂的性能。
当反应气组成为SO2：800ppm，NH3:1000ppm，O2：6%，N2为平衡气，气体流量为2L/min，反应温度为60到160℃，检测结果如下：
（1）当反应温度为60℃时，SO2的脱除率为85.2%；
（2）当反应温度为100℃时，SO2的脱除率为84.5%；
（3）当反应温度为160℃时，SO2的脱除率为85.8%。
实施例2
一种微波紫外场中的烟气脱硝还原催化剂的制备工艺：
取高锰酸钾20g和5g硝酸锰放进烧杯中，加入600mL的去离子水溶解，将烧杯置于恒温加热器上，110℃搅拌加热10h，冷却后用抽滤装置过滤保留固体物质获得锰氧化物。
将20g硅石和10g钛钨矿用球磨机研磨2h制成载体粉末，取120mL质量分数为10%的草酸氧钒溶液，将锰氧化物、载体粉末加入到草酸氧钒溶液中，用八字振荡研磨仪研磨3h后在水浴锅中加热蒸发出多余水分，剩余的固体成分在马弗炉中500℃下加热5h得到固体粉剂。
取水玻璃（Na2O.nSiO2,n=2）30g，用500mL的去离子水制成水玻璃溶液，将前一步所得的固体粉剂加入到水玻璃溶液中，经超声水浴振荡器80℃下反应2h后制成液体催化剂，取一块长宽高为100*100*100mm的高硅氧玻璃板式型材并清洗干净，将液体催化剂装入气动喷枪的喷壶中，将液体催化剂均匀喷涂在板式型材表面，完成后在烘箱中90℃下低温干燥固化。
在微波紫外废气处理设备中进行该催化剂的应用试验，将制备得到的脱硫催化剂安装在微波紫外废气处理设备反应腔中，利用气体储罐内的氮气、一氧化氮、氨气和氧气混合成一定配比的模拟烟气，经过石英管反应器中进行催化还原反应，通过对反应前后的二氧化硫浓度的检测，表征脱硫催化剂的性能。
当反应气组成为NO：700ppm，NH3:1000ppm，O2：6%，N2为平衡气，气体流量为2L/min，反应温度为60到160℃，检测结果如下：
（4）当反应温度为60℃时，NO的脱除率为85.2%；
（5）当反应温度为100℃时，NO的脱除率为88.5%；
（6）当反应温度为160℃时，NO的脱除率为88.8%。
本发明所提供的微波紫外场中的烟气脱硫脱硝还原催化剂具有脱硫脱硝效果好，制作工艺简单，并且能降低还原剂的使用量，从而降低烟气脱硫脱硝的运行费用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种微波紫外场中的烟气脱硫还原催化剂的制备工艺：
取高锰酸钾60g放进烧杯中，加入700mL的去离子水溶解，将烧杯置于恒温加热器上，110℃搅拌加热12h，冷却后用抽滤装置过滤保留固体物质获得锰氧化物；
将30g石墨用球磨机研磨2h制成石墨粉，取100mL质量分数为10%的草酸氧钒溶液，将锰氧化物、石墨粉加入到草酸氧钒溶液中，用八字振荡研磨仪研磨3h后在水浴锅中加热蒸发出多余水分，剩余的固体成分在马弗炉中550℃下加热3h得到固体粉剂；
取水玻璃20g，用100mL的去离子水制成水玻璃溶液，将前一步所得的固体粉剂加入到水玻璃溶液中，经超声水浴振荡器80℃下反应3h后制成液体催化剂，取一块长宽为500*500mm、孔径为8mm的紫外晶体网并去除表面杂质，用细毛刷子将液体催化剂均匀涂敷在紫外晶体网的表面，涂刷完成后在烘箱中90℃下低温干燥固化；所述水玻璃为Na2O·nSiO2，n=3。
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