CN116585885B - 具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋及其制备方法，包括由外至内依次设置的透气膜层、第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层，所述第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层为分别将第一催化剂、第二催化剂和第三催化剂流化到针刺毡上；其中：所述第一催化剂为V2O5‑MoO3‑CeO2/TiO2催化剂；所述第二催化剂为以二氧化铈和氧化锆为载体，以铬源、钌源和钴源为活性前驱体，以镨源和钼源为前驱体制得的高效协同脱硝和脱二噁英的催化剂；所述第三催化剂为V2O5‑PdO‑Nb2O5/TiO2催化剂。本发明提高了催化滤袋的脱硝和脱二噁英的性能，同时降低脱硝过程中的氨逃逸量。

Description

具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋及其制备方法
技术领域
本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋及其制备方法。
背景技术
对于烟气的处理来说，常通过催化滤袋实现烟气的脱硝和脱二噁英，如公开号为CN104998467A的中国专利公开了一种过滤材料，通过将催化剂与PTFE纤维混合制备含催化剂的过滤材料，从而实现烟气的脱硝和脱二噁英，但脱硝过程中会有残余的氨气并未处理。本发明的目的在于提出一种新的催化滤袋以进一步提高脱硝和脱二噁英的性能同时，降低系统氨逃逸量。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋及其制备方法，提高了催化滤袋的脱硝和脱二噁英的性能。
本发明提出的具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋，包括由外至内依次设置的透气膜层、第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层，所述第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层为分别将第一催化剂、第二催化剂和第三催化剂流化到针刺毡上；其中：
所述第一催化剂为V2O5-MoO3-CeO2/TiO2催化剂；
所述第二催化剂为以二氧化铈和氧化锆为载体，以铬源、钌源和钴源为活性前驱体，以镨源和钼源为前驱体制得的高效协同脱硝和脱二噁英的催化剂；
所述第三催化剂为V2O5-PdO-Nb2O5/TiO2催化剂。
优选地，所述第一催化剂中V2O5、MoO3和CeO2的摩尔比为1:0.1-0.3:0.1-0.3，所述TiO2的含量为10-20wt％。
优选地，所述第三催化剂中V2O5、PdO和Nb2O5的摩尔比为1:0.1-0.5:0.1-0.5，所述TiO2的含量为5-25wt％。
本发明提出的上述具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋的制备方法，步骤如下：
S1：第一催化剂复合层的制备
将钒源、钼源和铈源混合并加水球磨，然后再干燥和煅烧后制得V2O5-MoO3-CeO2/TiO2催化剂，然后再将该催化剂流化到针刺毡上，制得第一催化剂复合层；
S2：第二催化剂复合层的制备
将该高效协同脱硝和脱二噁英的催化剂流化到针刺毡上，制得第二催化剂复合层；
S3：第三催化剂复合层的制备
将钒源、钯源和铌源混合并加水球磨，然后再干燥和煅烧后制得V2O5-PdO-Nb2O5/TiO2催化剂，然后再将该催化剂流化到针刺毡上，制得第三催化剂复合层；
S4：催化滤袋的制备
依次将透气膜层、第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层粘接即得。
优选地，S1中煅烧的温度为350-450℃，煅烧时间为3-5h，升温速率为1-5℃/min。
优选地，S3中煅烧的温度为400-500℃，煅烧时间为3-6h，升温速率为2-4℃/min。
本发明的有益技术效果：
(1)本发明的催化滤袋包括由外至内依次设置的透气膜层、第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层，其中透气膜层具有一定的除尘效果，第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层的设计显著提高了该催化滤袋的脱硝和脱二噁英性能；此外，申请人还意外发现，当改变第二催化剂复合层和第三催化剂复合层的顺序时，催化滤袋的性能出现一定程度的下降，且氨逃逸也会增加，说明了以本发明的顺序设计的第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层产生了意想不到的技术效果。
(2)本发明的催化滤袋具有低阻力和高通量的性能，相比同类滤袋其透气量高达80L/dm2·min，阻力低至400Pa。
附图说明
图1为本发明提出的具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋的剖视图。
图中：1-透气膜层、2-第一催化剂复合层、3-第二催化剂复合层、4-第三催化剂复合层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
本方案提出的具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋，包括由外至内依次设置的透气膜层、第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层，所述第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层为分别填充有第一催化剂、第二催化剂和第三催化剂的针刺毡，第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层的厚度均为3mm；其中：
所述第一催化剂为V2O5-MoO3-CeO2/TiO2催化剂，V2O5、MoO3和CeO2的摩尔比为1:0.2:0.2，所述TiO2的含量为15wt％；
所述第二催化剂为以二氧化铈和氧化锆为载体，以铬源、钌源和钴源为活性前驱体，以镨源和钼源为前驱体制得的高效协同脱硝和脱二噁英的催化剂，该催化剂的制备方法同在先申请的公开号为CN115501888A中实施例1的方案；
所述第三催化剂为V2O5-PdO-Nb2O5/TiO2催化剂，V2O5、PdO和Nb2O5的摩尔比为1:0.3-0.3，所述TiO2的含量为15wt％。
该具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋的制备方法步骤如下：
S1：将钒源、钼源和铈源混合并加水球磨，然后再干燥和煅烧后制得V2O5-MoO3-CeO2/TiO2催化剂，然后再将该催化剂流化到针刺毡上，制得第一催化剂复合层；其中煅烧的温度为400℃，煅烧时间为4h，升温速率为3℃/min。
S2：将该高效协同脱硝和脱二噁英的催化剂流化到针刺毡上，制得第二催化剂复合层；
S3：将钒源、钯源和铌源混合并加水球磨，然后再干燥和煅烧后制得V2O5-PdO-Nb2O5/TiO2催化剂，然后再将该催化剂流化到针刺毡上，制得第三催化剂复合层；其中S3中煅烧的温度为450℃，煅烧时间为4h，升温速率为3℃/min。
S4：依次将透气膜层、第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层粘接即得。
实施例2
本方案提出的具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋，包括由外至内依次设置的透气膜层、第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层，所述第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层为分别填充有第一催化剂、第二催化剂和第三催化剂的针刺毡，第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层的厚度均为3mm；其中：
所述第一催化剂为V2O5-MoO3-CeO2/TiO2催化剂，V2O5、MoO3和CeO2的摩尔比为1:0.1:0.1，所述TiO2的含量为10wt％；
所述第二催化剂为以二氧化铈和氧化锆为载体，以铬源、钌源和钴源为活性前驱体，以镨源和钼源为前驱体制得的高效协同脱硝和脱二噁英的催化剂，该催化剂的制备方法同在先申请的公开号为CN115501888A中实施例1的方案；
所述第三催化剂为V2O5-PdO-Nb2O5/TiO2催化剂，V2O5、PdO和Nb2O5的摩尔比为1:0.1:0.1，所述TiO2的含量为5-25wt％。
该具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋的制备方法步骤如下：
S1：将钒源、钼源和铈源混合并加水球磨，然后再干燥和煅烧后制得V2O5-MoO3-CeO2/TiO2催化剂，然后再将该催化剂流化到针刺毡上，制得第一催化剂复合层；其中煅烧的温度为350℃，煅烧时间为3h，升温速率为1℃/min。
S2：将该高效协同脱硝和脱二噁英的催化剂流化到针刺毡上，制得第二催化剂复合层；
S3：将钒源、钯源和铌源混合并加水球磨，然后再干燥和煅烧后制得V2O5-PdO-Nb2O5/TiO2催化剂，然后再将该催化剂流化到针刺毡上，制得第三催化剂复合层；其中S3中煅烧的温度为400℃，煅烧时间为3h，升温速率为2℃/min。
S4：依次将透气膜层、第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层粘接即得。
实施例3
本方案提出的具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋，包括由外至内依次设置的透气膜层、第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层，所述第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层为分别填充有第一催化剂、第二催化剂和第三催化剂的针刺毡，第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层的厚度均为3mm；其中：
所述第一催化剂为V2O5-MoO3-CeO2/TiO2催化剂，V2O5、MoO3和CeO2的摩尔比为1:0.3:0.3，所述TiO2的含量为20wt％；
所述第二催化剂为以二氧化铈和氧化锆为载体，以铬源、钌源和钴源为活性前驱体，以镨源和钼源为前驱体制得的高效协同脱硝和脱二噁英的催化剂，该催化剂的制备方法同在先申请的公开号为CN115501888A中实施例1的方案；
所述第三催化剂为V2O5-PdO-Nb2O5/TiO2催化剂，V2O5、PdO和Nb2O5的摩尔比为1:0.5:0.5，所述TiO2的含量为25wt％。
该具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋的制备方法步骤如下：
S1：将钒源、钼源和铈源混合并加水球磨，然后再干燥和煅烧后制得V2O5-MoO3-CeO2/TiO2催化剂，然后再将该催化剂流化到针刺毡上，制得第一催化剂复合层；其中煅烧的温度为450℃，煅烧时间为5h，升温速率为5℃/min。
S2：将该高效协同脱硝和脱二噁英的催化剂流化到针刺毡上，制得第二催化剂复合层；
S3：将钒源、钯源和铌源混合并加水球磨，然后再干燥和煅烧后制得V2O5-PdO-Nb2O5/TiO2催化剂，然后再将该催化剂流化到针刺毡上，制得第三催化剂复合层；其中S3中煅烧的温度为500℃，煅烧时间为6h，升温速率为4℃/min。
S4：依次将透气膜层、第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层粘接即得。
对比例1
本方案提出的具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋，包括由外至内依次设置的透气膜层、第一催化剂复合层、第三催化剂复合层和第二催化剂复合层，各层的组成与厚度均与实施例1相同。
对比例2
本方案提出的具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋，包括由外至内依次设置的透气膜层和第一催化剂复合层，第一催化剂复合层的厚度为9mm，第一催化剂复合层的组成与实施例1相同。
对比例3
本方案提出的具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋，包括由外至内依次设置的透气膜层和第二催化剂复合层，第二催化剂复合层的厚度为9mm，第二催化剂复合层的组成与实施例1相同。
对比例4
本方案提出的具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋，包括由外至内依次设置的透气膜层和第三催化剂复合层，第三催化剂复合层的厚度为9mm，第三催化剂复合层的组成与实施例1相同。
将实施例1-3和对比例1-4制备的催化滤袋套设在套筒上进行试验，试验的条件为：烟气中NO和NH3的浓度均为500ppm，O2的体积分数为8％，载气N2，水蒸气含量25％(体积比)，SO2浓度300ppm，二噁英浓度(以氯苯代替)50mg/m3，测试温度范围为120-260℃，测试温度210℃，过滤风速：0.65m/min(滤袋尺寸)。结果如表1所示。
表1脱硝和脱二噁英性能测定
组别 脱硝率(％) 脱二噁英率(％) 氨逃逸(ppm)
实施例1 99.2 98.8 0
实施例2 98.5 98.1 1
实施例3 98.9 98.7 0.5
对比例1 93.4 91.6 15
对比例2 80.5 78.3 18
对比例3 90.7 88.9 16
对比例4 75.8 81.4 20
由实施例1-3的试验结果可以看出，本发明的催化滤袋具有很好的催化性能，脱硝率和脱二噁英率均在99％左右；由实施例1和对比例1的试验结果可以看出，以本发明的顺序设计的第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层产生了意想不到的技术效果；此外，根据实施例1和对比例2-4的试验结果可以看出，本发明设计的第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层在提高脱硝率和脱二噁英率上还具有一定的协同促进的效果，对氨逃逸有很好的耦合作用。
此外，对实施例1的催化滤袋的阻力和透气量进行测定，其中阻力为400Pa，透气量为80L/dm2·min，均优于常规的催化滤袋。

Claims (6)

1.具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋，其特征在于，包括由外至内依次设置的透气膜层、第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层，所述第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层为分别将第一催化剂、第二催化剂和第三催化剂流化到针刺毡上；其中：
所述第一催化剂为V2O5-MoO3-CeO2/TiO2催化剂；
所述第二催化剂为以二氧化铈和氧化锆为载体，以铬源、钌源和钴源为活性前驱体，以镨源和钼源为前驱体制得的高效协同脱硝和脱二噁英的催化剂；
所述第三催化剂为V2O5-PdO-Nb2O5/TiO2催化剂。
2.根据权利要求1所述的具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋，其特征在于，所述第一催化剂中V2O5、MoO3和CeO2的摩尔比为1:0.1-0.3:0.1-0.3，所述TiO2的含量为10-20wt％。
3.根据权利要求1所述的具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋，其特征在于，所述第三催化剂中V2O5、PdO和Nb2O5的摩尔比为1:0.1-0.5:0.1-0.5，所述TiO2的含量为5-25wt％。
4.如权利要求1-3任一项所述的具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋的制备方法，其特征在于，方法步骤如下：
S1：第一催化剂复合层的制备
将钒源、钼源和铈源混合并加水球磨，然后再干燥和煅烧后制得V2O5-MoO3-CeO2/TiO2催化剂，然后再将该催化剂流化到针刺毡上，制得第一催化剂复合层；
S2：第二催化剂复合层的制备
将该高效协同脱硝和脱二噁英的催化剂流化到针刺毡上，制得第二催化剂复合层；
S3：第三催化剂复合层的制备
将钒源、钯源和铌源混合并加水球磨，然后再干燥和煅烧后制得V2O5-PdO-Nb2O5/TiO2催化剂，然后再将该催化剂流化到针刺毡上，制得第三催化剂复合层；
S4：催化滤袋的制备
依次将透气膜层、第一催化剂复合层、第二催化剂复合层和第三催化剂复合层粘接即得。
5.根据权利要求4所述的具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋的制备方法，其特征在于，S1中煅烧的温度为350-450℃，煅烧时间为3-5h，升温速率为1-5℃/min。
6.根据权利要求4所述的具有脱硝和二噁英功效的催化滤袋的制备方法，其特征在于，S3中煅烧的温度为400-500℃，煅烧时间为3-6h，升温速率为2-4℃/min。
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