CN117244581B - 一种低温脱硝催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低温脱硝催化剂及其制备方法，涉及催化剂制备技术领域，由碳材料和尿素制备而成，所述碳材料和尿素的质量比为0.8‑1.2，所述碳材料由衍生碳球与氢氧化钾制成，所述衍生碳球与氢氧化钾质量比为1.8‑2.2，所述碳材料表面附着有以金属氧化物为主催剂的催化活性组分。本发明有益效果：本发明中的催化剂可在低于200℃下进行脱硝，对烟气温度较低的工业具有实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及催化剂制备技术领域，具体涉及一种低温脱硝催化剂及其制备方法。
背景技术
氮氧化物(NOx)是一种常见的空气污染物，氮氧化物的排放会给自然环境和人类社会造成极大影响，例如造成酸雨，产生光化学烟雾，破坏臭氧层等。常见的去除氮氧化物的方法是NH3选择性催化还原氮氧化物（NH3-SCR），该技术成熟，并且脱硝效率高，所以被广泛应用于各类工业烟气。利用NH3-SCR技术时，催化剂的温度使用范围也决定了催化剂所适合的烟气工厂。工业上较为常用的催化剂为V2O5-WO3/TiO2催化剂，该催化剂在350-400℃下有较好的催化性能。但对于一些烟气排放温度较低的工厂来说，催化剂使用温度低于200℃则需要将烟气加热后进行反应，这样增加了能源的消耗。所以急需对低温200℃下可使用的脱硝催化剂进行探究。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种低温脱硝催化剂及其制备方法，以解决上述所提到的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种低温脱硝催化剂，由以下原料制成：碳材料和尿素，所述碳材料和尿素的质量比为0.8-1.2，所述碳材料由衍生碳球与氢氧化钾制成，所述衍生碳球与氢氧化钾质量比为1.8-2.2。
所述衍生碳球由18-25g低碳有机物制成。
所述碳材料表面附着以金属氧化物为主催剂的催化活性组分。
一种低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、衍生碳球制备
向低碳有机物中加入蒸馏水后，将其置于175~185℃温度下反应280~320min，得到衍生碳球，将其洗涤并烘干；
S2、衍生碳球活化及碳化
将衍生碳球与氢氧化钾混合，并在880~920℃温度下焙烧115~125min进行活化及碳化，得到碳材料；
S3、催化剂的制备
将碳材料与尿素混合，混合后在880~920℃温度下焙烧55~65min，得到催化剂。
所述步骤S3中，先将碳材料浸渍于金属氧化物前驱体溶液，洗涤烘干后再与尿素混合。
所述金属氧化物前驱体溶液中金属氧化物前驱体离子与碳材料质量比为1%-20%。
所述碳材料浸渍于45~55mL金属氧化物前驱体溶液715-725min。
本发明的有益效果是：
（1）本发明中的催化剂可在低于200℃下进行脱硝，对烟气温度较低的工业具有实际应用价值。
（2）本发明中催化剂的合成方法难度较低，并且低碳有机物来源广泛，通过简单水热法即可得到衍生碳球。催化反应主要原理为水热法制备的衍生碳球保留了一部分含氧基团，并且通过尿素掺氮后具有一部分氮元素，水热法制备的衍生碳球经过活化后具有较大的比表面积，含氧、氮基团及较大的比表面积更有利于NO及NH3的吸附，吸附后进行化学反应。
（3）本发明中碳材料先浸渍于金属氧化物前驱体溶液后再与尿素混合，使其表面上的酸性位点增加，从而有利于反应气体的吸附，提高催化效果。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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。
本发明提供一种技术方案：
实施例1
一种低温脱硝催化剂及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、衍生碳球制备
向装有20g葡萄糖反应釜中加入30mL蒸馏水后，将反应釜置于180℃温度下反应300min，得到衍生碳球，并利用蒸馏水与无水乙醇将衍生碳球洗涤后放入烘箱中80℃进行干燥；
S2、衍生碳球活化及碳化
将衍生碳球与氢氧化钾按质量比2:1混合，混合后在900℃温度下焙烧120min进行活化及碳化，得到碳材料，活化后的碳材料进行洗涤，去除多余的氢氧化钾，烘干；
S3、催化剂的制备
称取1g活化后的碳材料与0.010g无水氯化铜在50mL蒸馏水中室温搅拌12h，得到的材料利用0.05mol/L的盐酸溶液进行洗涤，并用1L的蒸馏水洗涤，在60℃真空烘箱中烘干，洗涤烘干后再与尿素按质量比1:1混合，混合后在管式炉中900℃焙烧65min即得到催化剂。
实施例2
一种低温脱硝催化剂及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、衍生碳球制备
向装有25g葡萄糖反应釜中加入35mL蒸馏水后，将反应釜置于185℃温度下反应320min，得到衍生碳球，并利用蒸馏水与无水乙醇将衍生碳球洗涤后放入烘箱中80℃进行干燥；
S2、衍生碳球活化及碳化
将衍生碳球与氢氧化钾按质量比2.2:1混合，混合后在920℃温度下焙烧125min进行活化及碳化，得到碳材料，活化后的碳材料进行洗涤，去除多余的氢氧化钾，烘干；
S3、催化剂的制备
称取1g活化后的碳材料与0.10g无水氯化铜在50mL蒸馏水中室温搅拌12h，得到的材料利用0.05mol/L的盐酸溶液进行洗涤，并用1L的蒸馏水洗涤，在60℃真空烘箱中烘干，洗涤烘干后再与尿素按质量比1.2:1混合，混合后在管式炉中920℃焙烧65min即得到催化剂。
实施例3
一种低温脱硝催化剂及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、衍生碳球制备
向装有18g葡萄糖反应釜中加入25mL蒸馏水后，将反应釜置于175℃温度下反应280min，得到衍生碳球，并利用蒸馏水与无水乙醇将衍生碳球洗涤后放入烘箱中80℃进行干燥；
S2、衍生碳球活化及碳化
将衍生碳球与氢氧化钾按质量比1.8:1混合，混合后在890℃温度下焙烧115min进行活化及碳化，得到碳材料，活化后的碳材料进行洗涤，去除多余的氢氧化钾，烘干；
S3、催化剂的制备
称取1g活化后的碳材料与0.20g无水氯化铜在50mL蒸馏水中室温搅拌12h，得到的材料利用0.05mol/L的盐酸溶液进行洗涤，并用1L的蒸馏水洗涤，在60℃真空烘箱中烘干，洗涤烘干后再与尿素按质量比0.8:1混合，混合后在管式炉中880℃焙烧55min即得到催化剂。
实验1
将实施例1、2、3中所制备的催化剂称取0.200g进行实验，设置实验条件为[NO]=600ppm, [NH3]=600ppm, [O2]=5%vol，GHSV=21231h−1。总流量为500mL/min，反应器内径为6mm，材料装填高度为5cm。通过设置温度梯度对不同材料进行实验探究，在温度为60℃、80℃、100℃、120℃、140℃、160℃的情况下，每个温度区间维持30min，10min记录一个实验数据。根据烟气分析仪记录的数据计算催化剂的一氧化氮去除率，发现在80℃-140℃内一氧化氮去除率达到98%。
实验2
实验2与实验1的差别在于：实验2在实验1的基础上加入水蒸气，设置实验条件为[NO]=600ppm, [NH3]=600ppm, [O2]=5%vol，GHSV=21231h−1。总流量为500mL/min，将水蒸气以鼓泡法的方式带入，反应器内径为6mm，材料装填高度为5cm。探究水蒸气对催化剂脱硝效率的影响。根据烟气分析仪记录的数据计算催化剂的一氧化氮去除率，发现在有水蒸气加入的情况下依然可以在80℃-140℃内一氧化氮去除率达到98%。
实验3
实验3与实验1的差别在于：实验3在实验1的基础上加入二氧化硫，设置实验条件为[NO]=600ppm, [NH3]=600ppm, [O2]=5%vol，[SO2]=800ppm，GHSV=21231h−1。总流量为500mL/min，反应器内径为6mm，材料装填高度为5cm。探究二氧化硫对催化剂脱硝效率的影响。根据烟气分析仪记录的数据计算催化剂的一氧化氮去除率，发现在有二氧化硫加入的情况下依然可以在100℃-140℃内一氧化氮去除率达到92%。
实验结论：本发明的催化剂在低温下有较好的效果，并且具有一定的抗硫性与抗水性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、衍生碳球制备
向低碳有机物中加入蒸馏水后，将其置于175~185℃温度下反应280~320min，得到衍生碳球，将其洗涤并烘干；
S2、衍生碳球活化及碳化
将衍生碳球与氢氧化钾混合，并在880~920℃温度下焙烧115~125min进行活化及碳化，得到碳材料；
S3、催化剂的制备
先将碳材料浸渍于金属氧化物前驱体溶液，洗涤烘干后再与尿素混合，混合后在880~920℃温度下焙烧55~65min，得到催化剂；
所述金属氧化物前驱体为无水氯化铜；
所述碳材料和尿素的质量比为0.8-1.2；
所述衍生碳球与氢氧化钾质量比为1.8-2.2。
2.根据权利要求1所述的一种低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：所述金属氧化物前驱体溶液中金属氧化物前驱体与碳材料质量比为1%-20%。
3.根据权利要求1所述的一种低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳材料浸渍于45~55mL金属氧化物前驱体溶液715-725min。
4.根据权利要求1所述的一种低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：所述衍生碳球由18-25g低碳有机物制成。
5.一种低温脱硝催化剂，其特征在于，由权利要求1-4中任一所述的制备方法制备而成。
6.一种由权利要求5所述催化剂的应用，其特征在于，用于低温脱硝。
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