[发明专利]用于烟气脱硝的堇青石基CuO/γ－Al2O3催化剂及制法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于中高温烟气脱硝的堇青石基CuO/γ-Al₂O₃催化剂及制法和应用

背景技术

煤炭是我国的主要能源，近年来随着我国经济的发展，对煤炭的需求量也越来越大，其燃烧后排放的SO₂和NO_x(硝)总量也越来越大，严重影响生态环境和人体健康以及经济的可持续发展。对于国内的现有情况来说，SO₂的污染控制已经有比较成熟的湿法技术，而NOx的污染控制则刚刚起步，还没有成熟技术，现有国外成熟的脱硝技术采用V₂O₅/TiO₂为催化剂，成本较高。因此，开发经济高效的NOx控制技术，势在必行。选择性催化还原(SCR)是目前最有效的脱硝的技术，目前应用较广的是用浆料法制备的汽车尾气净化三效催化剂。CN1436599中所用的方法是用非离子表面活性剂对堇青石表面进行预处理，然后再涂敷催化剂浆液，这样涂敷的催化剂虽然上载量较大，涂层不易龟裂和剥落，但是用浆料法涂敷制得的催化剂分散性较差，并且对纯度要求较低，不能满足烟气脱硝催化剂的需要。而用溶胶-凝胶法制备的催化剂不存在上述问题。Catalysis Today(2004，93-95：833-837)报道了用溶胶-凝胶法在蜂窝状堇青石涂敷氧化铝及活性组分CuO后制得的催化剂具备很好的NO_x脱除效率，但该法制得的堇青石在涂敷氧化铝过程存在如下的问题：(1)一次上载量较低，需反复浸渍；(2)涂敷过程不易控制，氧化铝涂膜容易出现裂痕。长期运行后会出现龟裂、剥落等现象，从而影响催化剂脱硝活性和寿命。因此，如何提高涂层的牢固度和均匀性，对于此催化剂的脱硝活性及使用寿命具有重要意义。

JP59039346也对Al₂O₃涂层方法进行了报道，该法是用聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氨酯等有机聚合物水溶液在堇青石上进行预涂敷，然后再涂敷Al₂O₃溶胶，但这种方法并没有增强载体和涂层之间的牢固度。

发明内容

本发明目的在于提供一种催化剂活性高，寿命长用于烟气脱硝的堇青石基CuO/γ-Al₂O₃催化剂及制备方法和应用

本发明以蜂窝状堇青石为第一载体，在其上浸渍Al₂O₃溶胶，经过干燥、煅烧后，负载活性组分CuO。

催化剂重量百分比组成为：堇青石载体为78.7-93.8％，Al₂O₃为5-16％，CuO为1.2-5.3％。

本发明的催化剂制备方法包括如下步骤：

(1)铝溶胶制备：将铝粉、氯化铝和蒸馏水按一定比例混合，在80-95℃的水浴中回流12-48h后，通过减压过滤，制得氧化铝溶胶，其中铝粉和氯化铝的摩尔比为3-5∶1，铝粉和蒸馏水的摩尔比为0.06-0.09∶1；

(2)将堇青石蜂窝陶瓷浸入氧化铝溶胶中3-6h后取出，吹掉孔道中的多余残液，在室温下放置12-24h，在60-110℃干燥下8-12h，然后在400-500℃下煅烧6-10h，制得Al₂O₃涂层的蜂窝陶瓷；

(3)按催化剂组成，将Al₂O₃涂层的堇青石浸渍到相当于堇青石2-4倍体积的1-2wt％Cu(NO₃)₂溶液中放置3-9h，在室温下放置12-24h，在60-110℃干燥下8-12h，然后在400-500℃下煅烧6-10h，制得催化剂。

对氧化铝溶胶还可以进行改性：将聚乙烯醇加热溶解于蒸馏水中，再与氧化铝溶胶混合，其中聚乙烯醇占氧化铝溶胶的0.5-2wt％，自然蒸发水至氧化铝溶胶的原始体积，得到改性氧化铝溶胶。改性后进行上述第(2)和(3)步骤制备催化剂。

本发明所制备的催化剂在以下条件下进行脱硝反应：

用于固定床反应器，常压操作；反应温度为350-500℃；操作空速为：5000-7800h^-1。

本发明具有以下优点：

1.采用简易高效的涂层方法，减少了γ-Al₂O₃膜的涂层裂痕，增加了γ-Al₂O₃涂层的牢固度。