CN114602479A - 基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于Ce‑Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂，属于环保技术领域。该催化剂以Ce‑Zr氧化物为载体，负载Co氧化物，Ce‑Zr氧化物在作为催化剂载体时具有较强的活性氧传递能力。本发明中，CeO2具有优异的储氧能力，Zr能够改善催化剂的比表面积，同时Zr能提高晶格氧的运动性，从而提高催化剂的氧化还原能力，将CeO2‑ZrO2载体引入NH3‑SCR脱硝系统中，加以Co负载改性，能够充分发挥Ce‑Zr氧化物载体的催化活性和Co氧化物的低温脱硝能力，且具有较强的抗硫抗水能力，催化剂中不含有Mn，不影响催化剂的低温脱硝能力且不会造成催化剂不可逆失活，更具应用前景。

Description

基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂。
背景技术
与传统的商业中温NH3-SCR脱硝工艺相比，低温NH3-SCR脱硝工艺有希望使SCR反应器布置在静电除尘器之后降低粉尘冲蚀对催化剂的影响，因此该工艺备受关注。为了能获得较好的低温催化活性，多数低温SCR催化剂用过渡金属氧化物作为催化剂的主活性成分，如CeOx等。CeO2具有优异的储氧能力，能够提高SCR催化剂的催化活性，但是CeO2的比表面积较小，其氧化还原能力较弱。因此，提高CeO2的氧化还原能力有较为重要的现实意义。
目前比较常见的低温脱硝催化剂中都会含有Mn，这是因为Mn催化剂能在80-220℃的低温条件下展现出良好的NH3-SCR脱硝活性。中国发明专利，公开号为CN 110339831A，专利名称为一种新型的锰基低温脱硝催化剂，公开了锰基低温脱硝催化剂Mn/AOx-Boy，用于氮氧化物脱除；中国发明专利，公开号为CN107497419A，专利名称为用于低温同时净化燃煤烟气中NO和Hg0的Ce-Zr-MnO2催化剂制备方法，公开了通过将Mn、Ce和Zr三种金属的硝酸盐按照一定配比，以共沉淀法制得混合沉淀物并在400-600℃下煅烧，从而得到低温同时高效脱除NO和Hg0的样品。上述两个专利制备的催化剂虽然低温脱硝活性较好，但是在烟气中存在SO2和H2O时容易在Mn氧化表面形成硫酸盐，进而导致催化剂不可逆失活。而且公开号为CN107497419A的中国发明专利中，Ce-Zr-MnO2催化剂因采用共沉淀法制备得到，无法充分发挥Ce-Zr共融体氧化物在作为催化剂载体时的氧传递作用，氧化还原能力较弱。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂。
为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂，以Ce-Zr氧化物为载体，负载Co氧化物，Co和Ce-Zr氧化物载体的摩尔比Co：(Ce+Zr)＝0.2-0.8，该催化剂表示为Co/Ce-ZrO2。
本发明还提供了如上所述的基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂的制备方法，主要包括以下步骤：
步骤1)、于水浴条件下，将Ce的可溶于水的盐和Zr的可溶于水的盐混合溶解于水中，得到混合溶液，在混合溶液中加入pH调节剂，将产生的沉淀物静置老化、离心，去上清液,，干燥后得到所需Ce-Zr氧化物载体；
步骤2)、将步骤1)所得Ce-Zr氧化物载体研磨成细小颗粒，备用；
步骤3)、将Co的可溶于水的盐溶解于水中，随后加入步骤2)所得Ce-Zr氧化物颗粒物，经过浸渍、干燥、煅烧后得到所需Co改性低温脱硝催化剂。
进一步的，步骤1)中，所述Ce的可溶于水的盐为Ce(NO3)3·6H2O；所述Zr的可溶于水的盐为ZrO(NO3)2·2H2O。
进一步的，步骤1)中，所述pH调节剂为浓度25％的NH3·H2O溶液，所述pH调节剂缓慢滴加至混合溶液中，直至pH＝9-11。
进一步的，步骤1)中，所述沉淀物先在室温下搅拌2-5h，再静置老化1-5h，经离心后在75-90℃条件下干燥8-24h，得到Ce-Zr氧化物载体，Ce与Zr的摩尔比为1：1。
进一步的，步骤2)中，颗粒粒径小于200目。
进一步的，步骤3)中，所述Co的可溶于水的盐为Co(NO3)2。
进一步的，步骤3)中，浸渍时间为10-16h，干燥温度为75-90℃，干燥时间为8-24h，煅烧温度为400-600℃，煅烧时间为4-7h。
本发明还提供了如上所述的基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂在去除氮氧化物中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明公开了一种基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂，采用Ce-Zr共融体氧化物(CeO2-ZrO2)作为催化剂载体，负载Co氧化物，Co和Ce-Zr氧化物载体的摩尔比Co：(Ce+Zr)＝0.2-0.8。该催化剂载体中，CeO2具有优异的储氧能力，Zr能够改善催化剂的比表面积，同时提高晶格氧的运动性，从而提高催化剂的氧化还原能力，这种Ce-Zr共融体氧化物在作为催化剂载体时具有较强的活性氧传递能力，利用Co氧化物在低温时的高脱硝活性能够提升催化剂整体的低温脱硝效率，本发明将CeO2-ZrO2载体引入NH3-SCR脱硝系统中，加以Co负载改性，能够充分发挥Ce-Zr氧化物载体的催化活性和Co氧化物的低温脱硝能力，催化剂兼具较强的热稳定性和催化活性以及抗硫抗水性，催化剂中不含有Mn，不影响催化剂的低温脱硝能力而且不会造成催化剂不可逆失活，更具应用前景。
附图说明
图1为本发明的实施例1-4的催化剂的低温脱硝测试图。
具体实施方式
下面对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
一方面，本发明提供了一种基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂，该催化剂以Ce-Zr氧化物为载体，负载Co，Co和Ce-Zr氧化物载体的摩尔比Co：(Ce+Zr)＝0.2-0.8。
另一方面，本发明还提供了基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、于水浴条件下，将Ce的可溶于水的盐和Zr的可溶于水的盐混合溶解于水中，得到混合溶液，在混合溶液中加入pH调节剂，直至pH＝9-11，将产生的沉淀物在室温下搅拌2-5h，静置老化1-5h，然后离心，去上清液，在75-90℃下干燥8-24h，得到所需Ce-Zr氧化物载体，Ce/Zr摩尔比为1/1；
步骤2)、将步骤1)所得Ce-Zr氧化物载体研磨成细小颗粒，颗粒小于200目，备用；
步骤3)、将3.66g-14.63g Co的可溶于水的盐溶解于水中，随后加入步骤2)所得Ce-Zr氧化物颗粒物，浸渍10-16h后，将浸渍产物在75-90℃水浴下干燥8-24h，再在静态气氛下于马弗炉内400-600℃煅烧4-7h，得到所需Co改性低温脱硝催化剂，该催化剂表示为Co/Ce-ZrO2，Co和Ce-Zr氧化物载体的摩尔比Co：(Ce+Zr)＝0.2-0.8。
实施例1
一种基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂，以Ce-Zr氧化物为载体，负载Co氧化物，Co和Ce-Zr氧化物载体的摩尔比Co：(Ce+Zr)＝0.2。
本实施例的基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、于80℃水浴条件下，将43.42g Ce(NO3)3·6H2O和26.73g ZrO(NO3)2·2H2O混合溶解于200ml去离子水中，得到混合溶液，待完全溶解后，冷却至室温。在剧烈搅拌下，将浓度25％的NH3·H2O溶液缓慢的逐滴滴入到上述混合溶液中，直至pH＝10，形成的沉淀物在室温下搅拌3h，静置老化1h，然后离心，并在80℃下干燥12h，得到Ce-Zr氧化物载体，Ce与Zr的摩尔比为1：1；
步骤2)、将步骤1)所得Ce-Zr氧化物载体研磨成细小颗粒，颗粒粒径小于200目；
步骤3)、将3.66g Co(NO3)2溶解于200ml去离子水中，随后加入步骤2)所得Ce-Zr氧化物颗粒物，浸渍12h后，将浸渍产物在80℃水浴下干燥12h，再在静态气氛下于马弗炉内500℃煅烧6h，得到所需Co改性低温脱硝催化剂Co/Ce-ZrO2。
本实施例提供的基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂能够应用在去除氮氧化物领域中。
实施例2
一种基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂，以Ce-Zr氧化物为载体，负载Co氧化物，Co和Ce-Zr氧化物载体的摩尔比Co：(Ce+Zr)＝0.4。
本实施例的基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、于80℃水浴条件下，将43.42g Ce(NO3)3·6H2O和26.73g ZrO(NO3)2·2H2O混合溶解于200ml去离子水中，得到混合溶液，待完全溶解后，冷却至室温。在剧烈搅拌下，将浓度25％的NH3·H2O溶液缓慢的逐滴滴入到上述混合溶液中，直至pH＝10，形成的沉淀物在室温下搅拌3h，静置老化1h，然后离心，并在80℃下干燥12h，得到Ce-Zr氧化物载体，Ce与Zr的摩尔比为1：1；
步骤2)、将步骤1)所得Ce-Zr氧化物载体研磨成细小颗粒，颗粒粒径小于200目；
步骤3)、将7.32g Co(NO3)2溶解于200ml去离子水中，随后加入步骤2)所得Ce-Zr氧化物颗粒物，浸渍12h后，将浸渍产物在80℃水浴下干燥12h，再在静态气氛下于马弗炉内500℃煅烧6h，得到所需Co改性低温脱硝催化剂Co/Ce-ZrO2。
余同实施例1。
实施例3
一种基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂，以Ce-Zr氧化物为载体，负载Co氧化物，Co和Ce-Zr氧化物载体的摩尔比Co：(Ce+Zr)＝0.6。
本实施例的基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、于80℃水浴条件下，将43.42g Ce(NO3)3·6H2O和26.73g ZrO(NO3)2·2H2O混合溶解于200ml去离子水中，得到混合溶液，待完全溶解后，冷却至室温。在剧烈搅拌下，将浓度25％的NH3·H2O溶液缓慢的逐滴滴入到上述混合溶液中，直至pH＝10，形成的沉淀物在室温下搅拌3h，静置老化1h，然后离心，并在80℃下干燥12h，得到Ce-Zr氧化物载体，Ce与Zr的摩尔比为1：1；
步骤2)、将步骤1)所得Ce-Zr氧化物载体研磨成细小颗粒，颗粒粒径小于200目；
步骤3)、将10.97g Co(NO3)2溶解于200ml去离子水中，随后加入步骤2)所得Ce-Zr氧化物颗粒物，浸渍12h后，将浸渍产物在80℃水浴下干燥12h，再在静态气氛下于马弗炉内500℃煅烧6h，得到所需Co改性低温脱硝催化剂Co/Ce-ZrO2。
余同实施例1。
实施例4
一种基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂，以Ce-Zr氧化物为载体，负载Co氧化物，Co和Ce-Zr氧化物载体的摩尔比Co：(Ce+Zr)＝0.8。
本实施例的基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、于80℃水浴条件下，将43.42g Ce(NO3)3·6H2O和26.73g ZrO(NO3)2·2H2O混合溶解于200ml去离子水中，得到混合溶液，待完全溶解后，冷却至室温。在剧烈搅拌下，将浓度25％的NH3·H2O溶液缓慢的逐滴滴入到上述混合溶液中，直至pH＝10，形成的沉淀物在室温下搅拌3h，静置老化1h，然后离心，并在80℃下干燥12h，得到Ce-Zr氧化物载体，Ce与Zr的摩尔比为1：1；
步骤2)、将步骤1)所得Ce-Zr氧化物载体研磨成细小颗粒，颗粒粒径小于200目；
步骤3)、将14.63g Co(NO3)2溶解于200ml去离子水中，随后加入步骤2)所得Ce-Zr氧化物颗粒物，浸渍12h后，将浸渍产物在80℃水浴下干燥12h，再在静态气氛下于马弗炉内500℃煅烧6h，得到所需Co改性低温脱硝催化剂Co/Ce-ZrO2。
余同实施例1。
将实施例1-4所得催化剂分别装入SCR反应器中，动态模拟烟气成分体积分数含量：NO为600ppm、NH3为660ppm、O2为6％、SO2为100ppm、H2O为3％，高纯N2作为平衡气体，烟气流量为300ml/min。对实施例1-4所得催化剂分别进行低温脱硝性能测试，测试结果如图1所示。由测试结果可知，负载Co之后，Co/Ce-ZrO2催化剂的脱硝性能表现优异，说明Co在SCR催化脱硝反应中起非常重要的作用，本发明的Co/Ce-ZrO2催化剂具有较高的低温脱硝活性，随着Co负载量的增加，催化剂活性先升高后降低，当Co：(Ce+Zr)的摩尔比＝0.6时，活性最高，随着温度的升高，催化剂活性同样展现出先升高后降低的趋势，在180℃时活性最高。
本发明未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂，其特征在于，该催化剂以Ce-Zr氧化物为载体，负载Co氧化物，Co和Ce-Zr氧化物载体的摩尔比Co：(Ce+Zr)＝0.2-0.8。
2.根据权利要求1所述的基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、于水浴条件下，将Ce的可溶于水的盐和Zr的可溶于水的盐混合溶解于水中，得到混合溶液，在混合溶液中加入pH调节剂，将产生的沉淀物静置老化、离心，去上清液，干燥后得到所需Ce-Zr氧化物载体；
步骤2)、将步骤1)所得Ce-Zr氧化物载体研磨成细小颗粒，备用；
步骤3)、将Co的可溶于水的盐溶解于水中，随后加入步骤2)所得Ce-Zr氧化物颗粒物，经过浸渍、干燥、煅烧后得到所需Co改性低温脱硝催化剂。
3.根据权利要求2所述的基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述Ce的可溶于水的盐为Ce(NO3)3·6H2O；所述Zr的可溶于水的盐为ZrO(NO3)2·2H2O。
4.根据权利要求2所述的基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述pH调节剂为浓度25％的NH3·H2O溶液，所述pH调节剂缓慢滴加至混合溶液中，直至pH＝9-11。
5.根据权利要求2所述的基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述沉淀物先在室温下搅拌2-5h，再静置老化1-5h，经离心后在75-90℃条件下干燥8-24h，得到Ce-Zr氧化物载体，Ce与Zr的摩尔比为1：1。
6.根据权利要求2所述的基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中，颗粒粒径小于200目。
7.根据权利要求2所述的基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述Co的可溶于水的盐为Co(NO3)2。
8.根据权利要求2所述的基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3)中，浸渍时间为10-16h，干燥温度为75-90℃，干燥时间为8-24h，煅烧温度为400-600℃，煅烧时间为4-7h。
9.根据权利要求1所述的基于Ce-Zr氧化物载体的Co改性低温脱硝催化剂在去除氮氧化物中的应用。
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