CN111151263A - 一种脱除烟气中二噁英的催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种脱除烟气中二噁英的催化剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脱除烟气中二噁英的催化剂及其制备方法和应用，包括载体和活性组分，所述的载体为TiO2载体和层状结构铝硅酸盐，所述的活性组分包括五氧化二钒和复合金属氧化物。本发明提供的脱除烟气中二噁英的催化剂体系在低温下(180～250℃)具有高活性，而且具有较大的比表面、高效脱除二噁英的能力和高机械强度的性能，可广泛地应用于脱除烟气中的二噁英。

Description

一种脱除烟气中二噁英的催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及烟气净化技术领域，具体地，涉及一种脱除烟气中二噁英的催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着经济的发展和人民生活水平的提高，垃圾问题日益突出。城市生活垃圾产生的危害不仅体现在占用太多的土地，形成垃圾包围城市的恶劣环境，而且会对大气环境、地下水源、土壤和农作物造成污染。垃圾中的有机物变质所散发的大量有害气体进入大气会严重污染环境，影响到城市居民的生活与健康。城市生活垃圾处理方式主要有卫生填埋、高温堆肥和焚烧等。垃圾焚烧法因其处理量大、处理及时、无害化程度高、又能回收热量等一系列优点而受到人们的青睐，逐渐成为处理垃圾的主流技术。
焚烧垃圾虽然是城市处理垃圾的方法之一，但是它存在很大的缺陷，比如污染空气。因我国垃圾分类较差，垃圾焚烧过程中会产生低温焚烧垃圾很难分解有害物质，如二噁英，只有将焚烧炉的温度提升到800度以上才能减少二恶英的产生。二恶英属于持久性有机污染物，在环境中不易降解、存留时间较长，它严重污染大气，可通过大气、水的输送而影响环境，并可通过食物链富集，最终能造成人体内分泌系统紊乱，生殖和免疫系统受到破坏，并诱发癌症和神经性疾病，严重影响人类健康。因此，开发一种低温高效的催化脱除烟气中二噁英将具有广阔的应用前景。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷和不足，本发明提供了一种脱除烟气中二噁英的催化剂，采用TiO2载体和层状结构铝硅酸盐和活性组分五氧化二钒和复合金属氧化物，催化技术处理烟气，使二噁英在较低温度下与焚烧炉烟气中残留的氧气发生反应，将二噁英分解成CO2、CO、HCl等无机物。
为了实现上述目的，本发明提供一种脱除烟气中二噁英的催化剂，包括载体和活性组分，所述的载体为TiO2载体和层状结构铝硅酸盐，所述的活性组分包括五氧化二钒和复合金属氧化物。
优选地，所述的载体还包括凹凸棒土和/或稀土。
在另一优选例中，本发明提供一种脱除烟气中二噁英的催化剂，包括以下质量百分比的组分：TiO2载体60-70份、层状结构铝硅酸盐5-15份、五氧化二钒1-10份、复合金属氧化物1-20份。
优选地，还包括以下质量百分比的组分：凹凸棒土0-10份、稀土0-10份。
优选地，所述的TiO2载体的合成原料为脱铁钛液和酸性硅溶胶，按照5:1的摩尔比混合均匀；然后用氨水或尿素溶液共沉淀，得到的沉淀物经老化、水冼、过滤机压滤，得到TiO2载体滤饼；将滤饼放入烘箱干燥，粉碎，得到TiO2载体粉料。
优选地，所述复合金属氧化物为Mn-Bi-Fe-Cu-Ox复合金属氧化物。
本发明的另一个目的是提供脱除烟气中二噁英的催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)合成TiO2载体；
(2)活性组分担载到TiO2载体；
(3)将担载好活性组分的TiO2载体进行干燥和活化，制备获得脱除烟气中二噁英的催化剂。
优选地，步骤(3)中干燥温度80～120℃，干燥时间12-36小时。
优选地，步骤(3)中活化温度300～450℃，活化时间4～12小时。
本发明的另一个目的是提供了一种催化剂在脱除烟气中二噁英的应用。
与现有技术相比，本发明的技术效果在于：
采用TiO2载体和层状结构铝硅酸盐，在低温下也具有稳定活性，脱除烟气中二噁英的效率高，有较大的比表面和高机械强度的性能，可广泛地应用于脱除烟气中的二噁英。
具体实施方式
下面将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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
本发明实施例和对比例所用的原料均来源于市购。以下实施例中的定量数据，均设置三次重复实验，结果取平均值。
制备TiO2载体的方法：制备TiO2采用的原料为钛白粉厂的脱铁钛液(含TiO2 300g/l)和酸性商品硅溶胶(含SiO2 200g/l)按TiO2/SiO2＝5:1摩尔比混合均匀。然后在80～85℃下用氨水或尿素溶液共沉淀，PH控制在8.0～9.0，得到的沉淀物经老化、水冼、过滤机压滤，得到TiO2载体滤饼；将滤饼放入烘箱干燥，粉碎，得到TiO2载体粉料。
实施例1
称取TiO2载体60g加适量的去离子水打浆，并在打浆中加入五氧化二钒5g、复合金属氧化物20g，充分混匀后，再滴加8mol氨水，将溶液pH调节至9.0-9.2，然后过滤、水洗、干燥、粉碎备用；
取上述担载上钒的TiO2载体，加层状结构铝硅酸盐15g、加扩孔、润滑剂：田菁粉3g和成型粘结剂：羟丙基甲基纤维素1.5g，然后进行揑合，再在特殊模具上挤成50×50×100mm蜂窝状TiO2载体(蜂窝小孔3×3mm)。采用恒湿恒温干燥箱将蜂窝状TiO2载体经40-105℃程序升温120h干燥，采用马弗炉100-450℃程序升温16h焙烧备用；
担载好活性组分后的蜂窝状TiO2载体的干燥和活化工艺条件：根据差热分析仪的指示和实测情况，干燥温度：90℃；干燥时间：35h；活化温度：380℃；活化时间：8h。
本实施例的催化剂的化学组成为：TiO2载体60％、层状结构铝硅酸盐15％、V2O55％、复合金属氧化物20％。
本实施例的催化剂活性评价为:反应温度180℃、空速4000h-1、二噁英脱除率95.8％。
实施例2
称取TiO2载体70g加适量的去离子水打浆，并在打浆中加入五氧化二钒10g、复合金属氧化物15g，充分混匀后，再滴加8mol氨水，将溶液pH调节至9.0-9.2，然后过滤、水洗、干燥、粉碎备用；
取上述担载上钒的TiO2载体，加层状结构铝硅酸盐5g、加扩孔、润滑剂：田菁粉3g和成型粘结剂：羟丙基甲基纤维素1.0g，然后进行揑合，再在特殊模具上挤成50×50×100mm蜂窝状TiO2载体(蜂窝小孔3×3mm)。采用恒湿恒温干燥箱将蜂窝状TiO2载体经40-105℃程序升温120h干燥，采用马弗炉100-450℃程序升温16h焙烧备用；
担载好活性组分后的蜂窝状TiO2载体的干燥和活化工艺条件：根据差热分析仪的指示和实测情况，干燥温度：90℃；干燥时间：35h；活化温度：380℃；活化时间：4h。
本实施例的催化剂的化学组成为：TiO2载体70％、层状结构铝硅酸盐5％、V2O510％、复合金属氧化物15％。
本实施例的催化剂活性评价为:反应温度200℃、空速4000h-1、二噁英脱除率95.5％。
实施例3
称取TiO2载体65g加适量的去离子水打浆，并在打浆中加入五氧化二钒8g、复合金属氧化物12g，充分混匀后，再滴加8mol氨水，将溶液pH调节至9.0-9.2，然后过滤、水洗、干燥、粉碎备用；
取上述担载上钒的TiO2载体，加层状结构铝硅酸盐10g、凹凸棒土5g，加扩孔、润滑剂：田菁粉2g和成型粘结剂：羟丙基甲基纤维素2g，然后进行揑合，再在特殊模具上挤成50×50×100mm蜂窝状TiO2载体(蜂窝小孔3×3mm)。采用恒湿恒温干燥箱将蜂窝状TiO2载体经40-105℃程序升温120h干燥，采用马弗炉100-450℃程序升温16h焙烧备用；
担载好活性组分后的蜂窝状TiO2载体的干燥和活化工艺条件：根据差热分析仪的指示和实测情况，干燥温度：90℃；干燥时间：35h；活化温度：380℃；活化时间：12h。
本实施例的催化剂的化学组成为：TiO2载体65％、层状结构铝硅酸盐10％、V2O58％、复合金属氧化物12％、凹凸棒土5％。
本实施例的催化剂活性评价为:反应温度250℃、空速4000h-1、二噁英脱除率95.0％。
实施例4
称取TiO2载体65g加适量的去离子水打浆，并在打浆中加入五氧化二钒8g、复合金属氧化物12g，充分混匀后，再滴加8mol氨水，将溶液pH调节至9.0-9.2，然后过滤、水洗、干燥、粉碎备用；
取上述担载上钒的TiO2载体，加层状结构铝硅酸盐10g、稀土5g，加扩孔、润滑剂：田菁粉2g和成型粘结剂：羟丙基甲基纤维素2g，然后进行揑合，再在特殊模具上挤成50×50×100mm蜂窝状TiO2载体(蜂窝小孔3×3mm)。采用恒湿恒温干燥箱将蜂窝状TiO2载体经40-105℃程序升温120h干燥，采用马弗炉100-450℃程序升温16h焙烧备用；
担载好活性组分后的蜂窝状TiO2载体的干燥和活化工艺条件：根据差热分析仪的指示和实测情况，干燥温度：90℃；干燥时间：35h；活化温度：380℃；活化时间：12h。
本实施例的催化剂的化学组成为：TiO2载体65％、层状结构铝硅酸盐10％、V2O58％、复合金属氧化物12％、稀土5％。
本实施例的催化剂活性评价为:反应温度200℃、空速4000h-1、二噁英脱除率96.1％。
对比例1
称取市售的偏钛酸60g加适量的去离子水打浆，并在打浆中加入五氧化二钒5g、复合金属氧化物20g，充分混匀后，再滴加8mol氨水，将溶液pH调节至9.0-9.2，然后过滤、水洗、干燥、粉碎备用；
取上述担载上钒的TiO2载体，加层状结构铝硅酸盐15g、加扩孔、润滑剂：田菁粉3g和成型粘结剂：羟丙基甲基纤维素1.5g，然后进行揑合，再在特殊模具上挤成50×50×100mm蜂窝状TiO2载体(蜂窝小孔3×3mm)。采用恒湿恒温干燥箱将蜂窝状TiO2载体经40-105℃程序升温120h干燥，采用马弗炉100-450℃程序升温16h焙烧备用；
担载好活性组分后的蜂窝状TiO2载体的干燥和活化工艺条件：根据差热分析仪的指示和实测情况，干燥温度：90℃；干燥时间：35h；活化温度：380℃；活化时间：8h。
本对比例的催化剂的化学组成为：TiO2载体65％、层状结构铝硅酸盐10％、V2O58％、复合金属氧化物12％、稀土5％。
本实施例的催化剂活性评价为:反应温度200℃、空速4000h-1、二噁英脱除率89％。
由此可见，本发明提供的合成TiO2载体和层状结构铝硅酸盐作为载体，五氧化二钒和复合金属氧化物作为活性成分，制备的脱除烟气中二噁英的催化剂比在先技术采用市售的TiO2载体的脱除烟气中二噁英的催化剂的脱除效果更好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明的实施范围，所以凡是依本发明所述范围的特征原料、特征步骤以及配方等同的变化，均应包括在本发明的申请专利范围之内。

Claims (10)

1.一种脱除烟气中二噁英的催化剂，包括载体和活性组分，其特征在于，所述的载体为TiO2载体和层状结构铝硅酸盐，所述的活性组分包括五氧化二钒和复合金属氧化物。
2.根据权利要求1所述的脱除烟气中二噁英的催化剂，其特征在于，所述的载体还包括凹凸棒土和/或稀土。
3.根据权利要求1所述的脱除烟气中二噁英的催化剂，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：
Figure FDA0002367750810000011
4.根据权利要求1所述的脱除烟气中二噁英的催化剂，其特征在于，还包括以下质量百分比的组分：
凹凸棒土 0-10份
稀土 0-10份。
5.根据权利要求1所述的脱除烟气中二噁英的催化剂，其特征在于，所述的TiO2载体的合成原料为脱铁钛液和酸性硅溶胶，按照5:1的摩尔比混合均匀；然后用氨水或尿素溶液共沉淀，得到的沉淀物经老化、水冼、过滤机压滤，得到TiO2载体滤饼；将滤饼放入烘箱干燥，粉碎，得到TiO2载体粉料。
6.根据权利要求1所述的脱除烟气中二噁英的催化剂，其特征在于，所述复合金属氧化物为Mn-Bi-Fe-Cu-Ox复合金属氧化物。
7.权利要求1所述的脱除烟气中二噁英的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)合成TiO2载体；
(2)活性组分担载到TiO2载体；
(3)将担载好活性组分的TiO2载体进行干燥和活化，制备获得脱除烟气中二噁英的催化剂。
8.权利要求1所述的脱除烟气中二噁英的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中干燥温度80～120℃，干燥时间12-36小时。
9.权利要求1所述的脱除烟气中二噁英的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中活化温度300～450℃，活化时间4～12小时。
10.权利要求1～7任一项所述催化剂在脱除烟气中二噁英的应用。
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