CN112169786A - 一种scr脱硝催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工业催化剂技术领域,主要提供一种SCR脱硝催化剂,包括以下组分:二氧化铈、三氧化钨和二氧化钛,其中,二氧化铈、三氧化钨和二氧化钛的摩尔比为:20/172~40/172:4/231~8/231:52/80~76/80。本发明还提供一种SCR脱硝催化剂的制备方法,包括以下步骤:S1:将含铈原料、含钨原料和含钛原料混合,得到混合原料A;S2:向上述混合原料A中加入碱性化合物,得到混合原料B;S3:混合原料B经高能球磨后,过滤烘干,获得SCR脱硝催化剂;其中,按目标产物SCR脱硝催化剂的化学计量比来称量含铈原料、含钨原料和含钛原料。本发明的制备方法工艺简单、能够一次性合成SCR脱硝催化剂,具有良好的脱硝性能,成本低,适合大量生产。
Description
技术领域
本发明涉及工业催化剂技术领域,主要涉及一种SCR脱硝催化剂及其制备方法。
背景技术
燃料燃烧和汽车尾气排放的NOx对生态环境和人类健康造成严重的伤害。降低NOx排放可采用控制燃烧和烟气脱除NOx两种方法。SCR(选择性催化还原)技术具有低操作温度窗口和高脱硝率等优点,它也是我国主要的烟气脱硝技术。该技术的核心是催化剂,除了催化剂的组成成分会对其脱硝性能造成影响外,其制备方法也会对催化剂的结构性能等造成较大影响。
目前SCR脱销催化剂比较成熟的制备方法有:浸渍法、共沉淀法、离子交换法等。
浸渍法是将一种或几种活性组分通过湿法浸渍或干法浸渍负载在载体上,然后除去过剩的溶液,经干燥煅烧和活化制得催化剂。此方法工艺复杂,成本较高。
共沉淀法是借助于沉淀剂与两种以上金属盐溶液作用,经共同沉淀后制得固体产品,它一次可以使几个组分同时沉淀。此方法制备时间长,沉淀剂的加入可能会使局部浓度过高,产生团聚或组成不够均匀。
离子交换法是利用载体表面存在着可进行交换的离子,将活性组分通过离子交换负载在载体上。一般用于分子筛催化剂的制备,工艺较复杂,成本较高。
现有的制备方法大多都是工艺复杂,制备时间长,而且成本较高,不适合大量生产。而且,现有的制备方法制备出来的催化剂的活性温度窗口窄,脱硝性能受到影响。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决上述技术问题,本发明提供一种工艺简单,能够一次性合成催化剂,活性组分在载体上分布均匀,且具有良好脱硝性能的SCR脱销催化剂及其制备方法。本发明的目的是提供一种SCR脱硝催化剂及其制备方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的,本发明采用的主要技术方案包括:
一方面,本发明提供一种SCR脱硝催化剂,包括以下组分:二氧化铈、三氧化钨和二氧化钛,其中,二氧化铈、三氧化钨和二氧化钛的摩尔比为:20/172~40/172:4/231~8/231:52/80~76/80。
可选地,二氧化铈、三氧化钨、二氧化钛的摩尔比为:30/172:6/231:64/80。
另一方面,本发明还提供一种SCR脱硝催化剂的制备方法,包括以下步骤:
S1:将含铈原料、含钨原料和含钛原料混合,得到混合原料A;
S2:向上述混合原料A中加入碱性化合物,得到混合原料B;
S3:混合原料B经高能球磨后,过滤烘干,获得SCR脱硝催化剂;
其中,按目标产物SCR脱硝催化剂的化学计量比来称量含铈原料、含钨原料和含钛原料。
可选地,含铈原料为氯化铈、硝酸铈、硫酸铈、碳酸铈或草酸铈。
可选地,含钨原料为偏钨酸铵或仲钨酸铵。
可选地,含钛原料为二氧化钛。
可选地,碱性化合物为10mol/L的氨水或氢氧化钠溶液。
可选地,碱性化合物按照氢氧根的摩尔量加入量为:铈与氢氧根的摩尔比为1:5~5:1。
可选地,球磨时间为1~8h。
可选地,球磨温度为室温~60℃。
(三)有益效果
本发明的有益效果是:在保证脱硝温度窗口和脱硝效率的前提下,本发明的制备方法工艺简单、能够一次性合成SCR脱硝催化剂,活性组分在载体上分布均匀,且具有良好的脱硝性能,成本低,适合大量生产。
而且本发明制备的SCR脱硝催化剂,由于采用合适的组分比例,以及优化的制备工艺,能够有效地拓宽脱硝温度窗口以及脱硝效率,本发明制备的SCR脱硝催化剂在200~500℃温度区间内脱硝效率可达到80%及以上,在420-460℃温度区间内脱硝效率可达到90%以上。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的SCR脱硝催化剂的XRD图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明,以便于理解,下面通过具体实施方式,对本发明作详细描述。
本发明提供的一种SCR脱硝催化剂,包括以下组分:二氧化铈、三氧化钨和二氧化钛,其中,二氧化铈、三氧化钨和二氧化钛的摩尔比为:20/172~40/172:4/231~8/231:52/80~76/80。在制备上述SCR脱硝催化剂时,以含铈原料中所含铈元素、含钨原料中所含钨元素和含钛原料中所含钛元素来计算,摩尔比为20/172~40/172:4/231~8/231:52/80~76/80进行称量含铈原料、含钨原料和含钛原料。
以下结合具体实施例,说明本发明制备方法的特点和技术效果。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。本发明选择的二氧化钛固体为锐钛矿。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
氯化铈固体、偏钨酸铵固体和二氧化钛固体按照氯化铈中所含铈元素、偏钨酸铵中所含钨元素和二氧化钛中所含钛元素的摩尔比为20/172:4/231:76/80的比例称量混合后,加入10mol/L的氨水,氨水加入量按照氢氧根的摩尔量为:铈与氢氧根的摩尔比为1:5,在室温条件下,球磨1小时后,过滤烘干,获得SCR脱硝催化剂。对SCR脱硝催化剂进行脱硝测试,在200~500℃温度区间内脱硝效率可达到80%及以上,温度为430℃时脱硝效率可达95%。
实施例2
硝酸铈固体、仲钨酸铵固体和二氧化钛固体按照硝酸铈中所含铈元素、偏钨酸铵中所含钨元素和二氧化钛中所含钛元素的摩尔比为20/172:4/231:76/80的比例称量混合后,加入氢氧化钠溶液,氢氧化钠加入量按照氢氧根的摩尔量为:铈与氢氧根的摩尔比为5:1,在60℃条件下,球磨5小时后,过滤烘干,获得SCR脱硝催化剂。对SCR脱硝催化剂进行脱硝测试,在210~490℃温度区间内脱硝效率可达到80%及以上,温度为440℃时脱硝效率可达93%。
实施例3
碳酸铈固体、偏钨酸铵固体和二氧化钛固体按照碳酸铈中所含铈元素、偏钨酸铵中所含钨元素和二氧化钛中所含钛元素的摩尔比为20/172:4/231:76/80的比例称量混合后,加入10mol/L的氨水,氢氧化钠加入量按照氢氧根的摩尔量为:铈与氢氧根的摩尔比为1:1,在40℃条件下,球磨3小时后,过滤烘干,获得SCR脱硝催化剂。对SCR脱硝催化剂进行脱硝测试,在220~510℃温度区间内脱硝效率可达到80%及以上,温度为450℃时脱硝效率可到94%。
实施例4
碳酸铈固体、仲钨酸铵固体和二氧化钛固体按照碳酸铈中所含铈元素、偏钨酸铵中所含钨元素和二氧化钛中所含钛元素的摩尔比为20/172:4/231:76/80的比例称量混合后,加入10mol/L的氨水,氨水加入量按照氢氧根的摩尔量为:铈与氢氧根的摩尔比为2:1,在30℃条件下,球磨8小时后,过滤烘干,获得SCR脱硝催化剂。对SCR脱硝催化剂进行脱硝测试,在210~495℃温度区间内脱硝效率可达到80%及以上,温度为430℃时脱硝效率可到91%。
实施例5
草酸铈固体、偏钨酸铵固体和二氧化钛固体按照草酸铈中所含铈元素、偏钨酸铵中所含钨元素和二氧化钛中所含钛元素的摩尔比为30/172:6/231:64/80的比例称量混合后,加入氢氧化钠,氢氧化钠加入量按照氢氧根的摩尔量为:铈与氢氧根的摩尔比为1:2,在50℃条件下,球磨6小时后,过滤烘干,获得SCR脱硝催化剂。对SCR脱硝催化剂进行脱硝测试,在220~495℃温度区间内脱硝效率可达到80%及以上,温度为435℃时脱硝效率可到92%。
实施例6
硫酸铈固体、偏钨酸铵固体和二氧化钛固体按照硫酸铈中所含铈元素、偏钨酸铵中所含钨元素和二氧化钛中所含钛元素的摩尔比为40/172:8/231:52/80的比例称量混合后,加入氢氧化钠,氢氧化钠加入量按照氢氧根的摩尔量为:铈与氢氧根的摩尔比为1:2,在40℃条件下,球磨7小时后,过滤烘干,获得SCR脱硝催化剂。对SCR脱硝催化剂进行脱硝测试,在210~490℃温度区间内脱硝效率可达到80%及以上,温度为445℃时脱硝效率可到90%。
对比例1
硝酸铈固体、偏钨酸铵固体和二氧化钛固体按照硝酸铈中所含铈元素、偏钨酸铵中所含钨元素和二氧化钛中所含钛元素的摩尔比为10/172:2/231:30/80的比例称量混合后,加入氢氧化钠溶液,氢氧化钠加入量按照氢氧根的摩尔量为:铈与氢氧根的摩尔比为5:1,在60℃条件下,球磨5小时后,过滤烘干,获得SCR脱硝催化剂。对SCR脱硝催化剂进行脱硝测试,在300~500℃温度区间内脱硝效率可达到70%及以上,温度为400℃时脱硝效率可达83%。
对比例2
硝酸铈固体、偏钨酸铵固体和二氧化钛固体按照硝酸铈中所含铈元素、偏钨酸铵中所含钨元素和二氧化钛中所含钛元素的摩尔比为12/172:3/231:37/80的比例称量混合后,加入氢氧化钠溶液,氢氧化钠加入量按照氢氧根的摩尔量为:铈与氢氧根的摩尔比为5:1,在60℃条件下,球磨5小时后,过滤烘干,获得SCR脱硝催化剂。对SCR脱硝催化剂进行脱硝测试,在320~450℃温度区间内脱硝效率可达到70%及以上,温度为400℃时脱硝效率可达82%。
对比例3
硝酸铈固体、偏钨酸铵固体和二氧化钛固体按照硝酸铈中所含铈元素、偏钨酸铵中所含钨元素和二氧化钛中所含钛元素的摩尔比为50/172:12/231:88/80的比例称量混合后,加入氢氧化钠溶液,氢氧化钠加入量按照氢氧根的摩尔量为:铈与氢氧根的摩尔比为5:1,在60℃条件下,球磨5小时后,过滤烘干,获得SCR脱硝催化剂。对SCR脱硝催化剂进行脱硝测试,在350~450℃温度区间内脱硝效率可达到70%及以上,温度为400℃时脱硝效率可达85%。
对比例4
硝酸铈固体、偏钨酸铵固体和二氧化钛固体按照硝酸铈中所含铈元素、偏钨酸铵中所含钨元素和二氧化钛中所含钛元素的摩尔比为60/172:18/231:92/80的比例称量混合后,加入氢氧化钠溶液,氢氧化钠加入量按照氢氧根的摩尔量为:铈与氢氧根的摩尔比为5:1,在60℃条件下,球磨5小时后,过滤烘干,获得SCR脱硝催化剂。对SCR脱硝催化剂进行脱硝测试,在400~500℃温度区间内脱硝效率可达到70%及以上,温度为400℃时脱硝效率可达80%。
从以上实施例和对比例可以看出,采用低于或者高于本发明的原料配比范围,制备的SCR脱硝催化剂的脱硝效率明显降低,采用本发明的原料配比,可以提高SCR脱硝催化剂的脱硝效率,尤其是实施例1中采用氯化铈制备SCR脱硝催化剂,使SCR脱硝催化剂的脱硝效率更好,温度区间更大。总之,采用本发明的制作工艺,可以进一步地提高SCR脱硝催化剂的脱硝效率。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种SCR脱硝催化剂,其特征在于,包括以下组分:二氧化铈、三氧化钨和二氧化钛,其中,二氧化铈、三氧化钨和二氧化钛的摩尔比为:20/172~40/172:4/231~8/231:52/80~76/80。
2.根据权利要求1所述的一种SCR脱硝催化剂,其特征在于,
所述二氧化铈、三氧化钨、二氧化钛的摩尔比为:30/172:6/231:64/80。
3.一种SCR脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:将含铈原料、含钨原料和含钛原料混合,得到混合原料A;
S2:向上述混合原料A中加入碱性化合物,得到混合原料B;
S3:混合原料B经高能球磨后,过滤烘干,获得SCR脱硝催化剂;
其中,按目标产物SCR脱硝催化剂的化学计量比来称量含铈原料、含钨原料和含钛原料。
4.根据权利要求3所述的一种SCR脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,
所述含铈原料为氯化铈、硝酸铈、硫酸铈、碳酸铈或草酸铈。
5.根据权利要求3所述的一种SCR脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,
所述含钨原料为偏钨酸铵或仲钨酸铵。
6.根据权利要求3所述的一种SCR脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,
所述含钛原料为二氧化钛。
7.根据权利要求3所述的一种SCR脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,
所述碱性化合物为10mol/L的氨水或氢氧化钠溶液。
8.根据权利要求3所述的一种SCR脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,
所述碱性化合物按照氢氧根的摩尔量加入量为:铈与氢氧根的摩尔比为1:5~5:1。
9.根据权利要求3所述的一种SCR脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,
所述球磨时间为1~8h。
10.根据权利要求3所述的一种SCR脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,
所述球磨温度为室温~60℃。
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