CN115739072A - 一种耐磨损板式低温脱硝催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于大气污染控制与工业催化技术领域，公开了一种耐磨损板式低温脱硝催化剂及其制备方法。本发明所述催化剂包括以纳米二氧化钛为载体，五氧化二钒为主要活性组分，三氧化钼或三氧化钨为助催化剂，配方中还添加金属元素锰、硅溶胶或铝溶胶以提高脱硝催化剂在低温下的效率和耐磨损性。本发明所述催化剂制备方法包括配液、混料捏合、陈化、涂覆成型、烘干焙烧等步骤，工艺简单，易于操作，能够适应工业化生产。本发明具有原材料易得，制备过程温和可控等特点，且所得催化剂在120‑250℃低温条件下脱硝效率可达80‑92％，耐磨强度可达60‑90mg/100r。
Description
技术领域
本发明属于大气污染控制与工业催化技术领域，具体涉及一种耐磨损板式低温脱硝催化剂及其制备方法。
背景技术
氮氧化物(NOx)是一种严重的大气污染物，对生态环境和人体健康均造成极大危害。随着火电、钢铁行业超低排放改造深入推进，中国水泥协会批准的《水泥工业大气污染物超低排放标准》也规定了NOx超低排放限值。因此，针对低温烟气(120-250℃)开发具有较高活性脱硝催化剂具有重要意义。
目前工业烟气脱硝主要采用选择性催化还原(SCR)脱硝技术，指在还原剂和催化剂的作用下将NOx选择性地还原为N2和H2O，其中高活性催化剂是该项技术研究的核心科学问题；板式催化剂具有流通面积大、抗堵能力强的优点，但其耐磨损性能较差导致板式催化剂在高空速烟气长时间冲刷下的使用寿命偏低。发明专利CN106179320A公开了一种耐磨型平板式脱硝催化剂，在催化层配方中加入蒙脱石，与其他活性成分混匀后涂覆在不锈钢网卷上得到平板式催化剂，该催化剂较改性之前耐磨性能提高了30-50％。发明专利CN110465283A公开了一种低温脱硝催化剂及其制备方法。通过在二氧化钛载体上添加铈、钕双金属元素活性组分，在脱硝温度为250℃时，该催化剂NO的转化率仍能达到96.8-99％。
发明内容
本发明目的是解决现有板式脱硝催化剂耐磨损性能差、低温烟气下脱硝效率低等问题，而提供一种耐磨损板式低温脱硝催化剂。
本发明的另一发明目的是提供该催化剂的制备方法。
本发明采用的技术方案：一种耐磨损板式低温脱硝催化剂，包括以纳米二氧化钛为载体，五氧化二钒为主要活性组分，三氧化钼或三氧化钨为助催化剂，锰氧化物为活性金属元素，硅溶胶或铝溶胶、粘结剂、成型助剂。
制备耐磨损板式低温脱硝催化剂的方法，制备过程如下：
(1)称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为1.5～7.0％的偏钒酸铵溶于酸性溶液中，在60～90℃的条件下，高速搅拌至完全溶解，形成五氧化二钒活性组分前驱体溶液，溶液呈澄清态备用；
(2)称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为3～10％七钼酸铵或偏钨酸铵溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，形成三氧化钼或三氧化钨助催化剂前驱体溶液，称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为0～3％醋酸锰溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，形成锰氧化物活性金属元素前驱体溶液；
(3)将步骤(1)、步骤(2)配制的溶液与纳米二氧化钛混合均匀，按比例加入硅溶胶或铝溶胶、粘结剂、成型助剂、去离子水后混料捏合，形成活性组分泥料；
(4)将捏合后的活性组分泥料置于25℃下、湿度小于50％的空间内，静置陈化12～48h；
(5)使用辊压机将陈化后的泥料均匀的涂覆于厚度在0.5～0.6mm之间的不锈钢网基材上，泥料涂覆厚度控制在0.05～0.15mm之间；
(6)将涂覆后的不锈钢网烘干后置于焙烧炉中焙烧，在400～600℃下煅烧2～5h。
上述方案的进一步优选，步骤(1)所述酸性溶液是乙二酸或硝酸溶液中的一种，溶液pH控制在3～5。
步骤(3)所述纳米二氧化钛为高比表锐钛矿二氧化钛，比表面积在100～130m2/g之间，TiO2含量在97～99％之间，pH在2～4之间。
上述方案的进一步优选，步骤(3)所述硅溶胶为酸性硅溶胶，pH在2～4之间，胶体粒子在10～20nm之间，加入比例为相对于纳米二氧化钛载体质量百分比的4～9％。
上述方案的进一步优选，步骤(3)所述铝溶胶pH在4～6之间，胶体粒子在40～60nm之间，加入比例为相对于纳米二氧化钛载体质量百分比的4～9％。
步骤(3)所述粘结剂为凹凸棒土、膨润土、高岭土中的一种或几种，粘结剂加入比例为相对于纳米二氧化钛载体质量百分比的2～10％。
本发明有益的技术效果：
(1)硅溶胶、铝溶胶粘度较低，分散性和渗透性较好，本发明通过硅溶胶、铝溶胶对催化剂配方进行改性，保证其在泥料中的充分混合均匀，保证产品耐磨损强度均匀一致，增强了板式催化剂的机械强度和使用寿命。
(2)本发明通过在配方中加入活性元素锰，同时优化MnOx与活性组分V2O5、助催化剂MoO3、WO3添加比例，得到的板式催化剂在120-250℃低温条件下表现出较高的脱硝效率，满足于低温烟气下的脱硝工程。
(3)本发明所用原材料无毒易得，所述工艺过程简单，制备温和可控，易于操作，极易实现工业化生产。
本发明结合低温烟气脱硝治理技术，开发一种耐磨损板式低温脱硝催化剂。本发明耐磨损板式低温脱硝催化剂由包括活性组分在内的泥料辊压于不锈钢网基材上制成，制备工艺简单可控，制备的成品耐磨损性能高，脱硝性能好，使用寿命长；适应于120-250℃低温烟气条件下的脱硝工程。
具体实施方式
通过下述实施例详细的说明本发明，但所举实施例对本发明不做限定。
实施例1
称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为1.5％偏钒酸铵溶于75℃乙二酸溶液中，控制溶液pH为3，高速搅拌至完全溶解，溶液呈澄清态备用；称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为4％七钼酸铵、3％醋酸锰分别溶于去离子水中，搅拌至完全溶解备用；将上述配制好的溶液与2kg纳米二氧化钛搅拌混合均匀，向其中加入相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为4％硅溶胶、3％高岭土粘结剂、6％羟丙基纤维素成型助剂、1.5kg去离子水后混料捏合，形成活性组分泥料；将捏合后的活性组分泥料置于25℃下、湿度小于50％的空间内，静置陈化12h；使用辊压机将陈化后的泥料均匀的涂覆于不锈钢网基材上，不锈钢网基材厚度在0.5-0.6mm之间，泥料涂覆厚度控制在0.05-0.15mm之间；将涂覆后的不锈钢网烘干后置于焙烧炉中焙烧，600℃下煅烧2h后即可得到高耐磨损板式低温脱硝催化剂。
实施例2
称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为3％偏钒酸铵溶于60℃稀硝酸溶液中，控制溶液pH为4，高速搅拌至完全溶解，溶液呈澄清态备用；称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为6％七钼酸铵、2％醋酸锰分别溶于去离子水中，搅拌至完全溶解备用；将上述配制好的溶液与2kg纳米二氧化钛搅拌混合均匀，向其中加入相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为5％硅溶胶、5％膨润土粘结剂、5％羟丙基纤维素成型助剂、1.5kg去离子水后混料捏合，形成活性组分泥料；将捏合后的活性组分泥料置于25℃下、湿度小于50％的空间内，静置陈化24h；使用辊压机将陈化后的泥料均匀的涂覆于不锈钢网基材上，不锈钢网基材厚度在0.5-0.6mm之间，泥料涂覆厚度控制在0.05-0.15mm之间；将涂覆后的不锈钢网烘干后置于焙烧炉中焙烧，580℃下煅烧3.5h后即可得到高耐磨损板式低温脱硝催化剂。
实施例3
称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为4.5％偏钒酸铵溶于90℃乙二酸溶液中，控制溶液pH为5，高速搅拌至完全溶解，溶液呈澄清态备用；称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为3％偏钨酸铵、1.5％醋酸锰分别溶于去离子水中，搅拌至完全溶解备用；将上述配制好的溶液与2kg纳米二氧化钛搅拌混合均匀，向其中加入相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为7％铝溶胶、6％凹凸棒土粘结剂、4％羧甲基纤维素成型助剂、1.2kg去离子水后混料捏合，形成活性组分泥料；将捏合后的活性组分泥料置于25℃下、湿度小于50％的空间内，静置陈化36h；使用辊压机将陈化后的泥料均匀的涂覆于不锈钢网基材上，不锈钢网基材厚度在0.5-0.6mm之间，泥料涂覆厚度控制在0.05-0.15mm之间；将涂覆后的不锈钢网烘干后置于焙烧炉中焙烧，550℃下煅烧4h后即可得到高耐磨损板式低温脱硝催化剂。
实施例4
称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为6％偏钒酸铵溶于90℃稀硝酸溶液中，控制溶液pH为3，高速搅拌至完全溶解，溶液呈澄清态备用；称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为5％偏钨酸铵、1％醋酸锰分别溶于去离子水中，搅拌至完全溶解备用；将上述配制好的溶液与2kg纳米二氧化钛搅拌混合均匀，向其中加入相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为8％铝溶胶、7％高岭土粘结剂、3％聚乙烯醇成型助剂、1.2kg去离子水后混料捏合，形成活性组分泥料；将捏合后的活性组分泥料置于25℃下、湿度小于50％的空间内，静置陈化45h；使用辊压机将陈化后的泥料均匀的涂覆于不锈钢网基材上，不锈钢网基材厚度在0.5-0.6mm之间，泥料涂覆厚度控制在0.05-0.15mm之间；将涂覆后的不锈钢网烘干后置于焙烧炉中焙烧，400℃下煅烧4.5h后即可得到高耐磨损板式低温脱硝催化剂。
实施例5
称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为2.0％偏钒酸铵溶于80℃乙二酸溶液中，控制溶液pH为4，高速搅拌至完全溶解，溶液呈澄清态备用；称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为3.0％七钼酸铵、2.5％醋酸锰分别溶于去离子水中，搅拌至完全溶解备用；将上述配制好的溶液与2kg纳米二氧化钛搅拌混合均匀，向其中加入相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为4％硅溶胶、3％高岭土粘结剂、4％羧甲基纤维素和2％羟丙基纤维素混合成型助剂、1.2kg去离子水后混料捏合，形成活性组分泥料；将捏合后的活性组分泥料置于25℃下、湿度小于50％的空间内，静置陈化24h；使用辊压机将陈化后的泥料均匀的涂覆于不锈钢网基材上，不锈钢网基材厚度在0.5-0.6mm之间，泥料涂覆厚度控制在0.05-0.15mm之间；将涂覆后的不锈钢网烘干后置于焙烧炉中焙烧，500℃下煅烧3h后即可得到高耐磨损板式低温脱硝催化剂。
对比例1
称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为1.5％偏钒酸铵溶于75℃乙二酸溶液中，控制溶液pH为3，高速搅拌至完全溶解，溶液呈澄清态备用；称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为4％七钼酸铵溶于去离子水中，搅拌至完全溶解备用；将上述配制好的溶液与2kg纳米二氧化钛搅拌混合均匀，向其中加入相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为4％硅溶胶、3％高岭土粘结剂、6％羟丙基纤维素成型助剂、1.5kg去离子水后混料捏合，形成活性组分泥料；将捏合后的活性组分泥料置于25℃下、湿度小于50％的空间内，静置陈化12h；使用辊压机将陈化后的泥料均匀的涂覆于不锈钢网基材上，不锈钢网基材厚度在0.5-0.6mm之间，泥料涂覆厚度控制在0.05-0.15mm之间；将涂覆后的不锈钢网烘干后置于焙烧炉中焙烧，600℃下煅烧2h后即可得到高耐磨损板式低温脱硝催化剂。
对比例2
称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为6％偏钒酸铵溶于90℃稀硝酸溶液中，控制溶液pH为3，高速搅拌至完全溶解，溶液呈澄清态备用；称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为5％偏钨酸铵、1％醋酸锰分别溶于去离子水中，搅拌至完全溶解备用；将上述配制好的溶液与2kg纳米二氧化钛搅拌混合均匀，向其中加入相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为7％高岭土粘结剂、3％聚乙烯醇成型助剂、1.2kg去离子水后混料捏合，形成活性组分泥料；将捏合后的活性组分泥料置于25℃下、湿度小于50％的空间内，静置陈化45h；使用辊压机将陈化后的泥料均匀的涂覆于不锈钢网基材上，不锈钢网基材厚度在0.5-0.6mm之间，泥料涂覆厚度控制在0.05-0.15mm之间；将涂覆后的不锈钢网烘干后置于焙烧炉中焙烧，400℃下煅烧4.5h后即可得到高耐磨损板式低温脱硝催化剂。
附表说明
1.耐磨强度测试
根据GB/T 31584-2015《平板式烟气脱硝催化剂》标准中耐磨强度测试要求操作，测试结果详见表1。
表1不同实施例耐磨强度对比表
| 序号 | 耐磨强度(mg/100r) |
| 实施例1 | 65.84 |
| 实施例2 | 72.63 |
| 实施例3 | 74.28 |
| 实施例4 | 68.39 |
| 实施例5 | 75.44 |
| 对比例1 | 70.52 |
| 对比例2 | 113.4 |
2.低温脱硝效率测试
根据GB/T 31584-2015《平板式烟气脱硝催化剂》标准中脱硝效率测试要求操作。
测试参数：NOx为300mg/Nm3，SO2为100mg/Nm3，O2为7％，H2O为10％，氨氮摩尔比为1，空速为4000/h，温度为150℃，测试结果详见表2。
表2不同实施例脱硝效率对比表
| 序号 | 脱硝效率(％) |
| 实施例1 | 90.47 |
| 实施例2 | 86.31 |
| 实施例3 | 89.69 |
| 实施例4 | 92.17 |
| 实施例5 | 90.49 |
| 对比例1 | 72.34 |
| 对比例2 | 90.56 |
Claims (8)
1.一种耐磨损板式低温脱硝催化剂，其特征在于：包括以纳米二氧化钛为载体，五氧化二钒为主要活性组分，三氧化钼或三氧化钨为助催化剂，锰氧化物为活性金属元素，硅溶胶或铝溶胶、粘结剂、成型助剂。
2.一种制备耐磨损板式低温脱硝催化剂的方法，其特征在于，制备过程如下：
(1)称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为1.5～7.0％的偏钒酸铵溶于酸性溶液中，在60～90℃的条件下，高速搅拌至完全溶解，形成五氧化二钒活性组分前驱体溶液，溶液呈澄清态备用；
(2)称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为3～10％七钼酸铵或偏钨酸铵溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，形成三氧化钼或三氧化钨助催化剂前驱体溶液，称取相对于纳米二氧化钛载体质量百分比为0～3％醋酸锰溶于去离子水中，搅拌至完全溶解，形成锰氧化物活性金属元素前驱体溶液；
(3)将步骤(1)、步骤(2)配制的溶液与纳米二氧化钛混合均匀，按比例加入硅溶胶或铝溶胶、粘结剂、成型助剂、去离子水后混料捏合，形成活性组分泥料；
(4)将捏合后的活性组分泥料置于25℃下、湿度小于50％的空间内，静置陈化12～48h；
(5)使用辊压机将陈化后的泥料均匀的涂覆于厚度在0.5～0.6mm之间的不锈钢网基材上，泥料涂覆厚度控制在0.05～0.15mm之间；
(6)将涂覆后的不锈钢网烘干后置于焙烧炉中焙烧，在400～600℃下煅烧2～5h。
3.根据权利要求2所述一种耐磨损板式低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述酸性溶液是乙二酸或硝酸溶液中的一种，溶液pH控制在3～5。
4.根据权利要求2所述一种耐磨损板式低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述纳米二氧化钛为高比表锐钛矿二氧化钛，比表面积在100～130m2/g之间，TiO2含量在97～99％之间，pH在2～4之间。
5.根据权利要求2所述一种耐磨损板式低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述硅溶胶为酸性硅溶胶，pH在2～4之间，胶体粒子在10～20nm之间，加入比例为相对于纳米二氧化钛载体质量百分比的4～9％。
6.根据权利要求2所述一种耐磨损板式低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述铝溶胶pH在4～6之间，胶体粒子在40～60nm之间，加入比例为相对于纳米二氧化钛载体质量百分比的4～9％。
7.根据权利要求2所述一种耐磨损板式低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述粘结剂为凹凸棒土、膨润土、高岭土中的一种或几种，粘结剂加入比例为相对于纳米二氧化钛载体质量百分比的2～10％。
8.根据权利要求2所述一种耐磨损板式低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述成型助剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素中的一种或几种，成型助剂加入比例为相对于纳米二氧化钛载体质量百分比的2～10％。
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