[发明专利]一种利用H2SO4改良的MnOx/TiO2氨气脱硝催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于大气污染控制技术领域，具体涉及一种适用于中低温(120～350℃)环境下氨气选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，SCR)氮氧化物的催化剂及该催化剂的制备方法。

技术背景

当前，我国氮氧化物(NO_x)污染问题十分突出，NO_x排放量随着我国能源消费和机动车保有量的快速增长而迅速上升，NOx污染主要来自火电厂等工业设施和机动车尾气排放。大城市中由于大量使用机动车，污染非常严重，2010年我国机动车NOx排放量达599.4万吨，并且有增长趋势，而NOx是产生酸雨、光化学烟雾及臭氧层空洞的主要原因之一。

选择催化还原SCR技术，由于其脱硝效率高，抗硫性强等特点，适应我国国情，在我国得到了广泛的推广。但是目前研究的许多SCR催化剂本身有毒性，并且制造成本较高，所需催化反应温度较高、反应温度窗口较窄(如传统的V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂反应窗口在300～400℃)，阻碍了大规模的工业应用。因此应不断提高SCR催化剂的效率及扩大其工作温度范围以延长使用寿命，寻求廉价原料制作催化剂以降低成本，并且寻找在中低温工况下具有高SCR活性的催化剂以减少额外的能量损耗。

MnOx/TiO₂催化剂在低温(120℃～250℃)范围内具有良好的催化性能，是一种倍受关注的低温SCR催化剂，但是高于250℃时其催化效果明显降低。本专利旨在用少量SO₄^2-改性MnOx/TiO₂催化剂，改善其中温段(250℃～350℃)催化性能，拓宽该催化剂的反应温度范围。

发明内容

本发明目的在于提供一种实用的SCR催化剂(H₂SO₄改良的MnOx/TiO₂氨气脱硝催化剂MnOx/TiO₂-SO₄^2-)，在不影响锰基催化剂低温活性的情况下，通过掺杂SO₄^2-进行改性，拓宽了该催化剂温度窗口。

本发明公开的这种催化剂反应窗口在130℃～370℃之间，NO转化率均在80％以上，用于SCR催化，一般汽车废气的温度即可达到催化剂的温度要求，可避免额外的能量消耗。该催化剂既适用于固定源脱销装置，也适用于移动源(机动车)中低温尾气的处理。

本发明所述的MnOx/TiO₂-SO₄^2-催化剂中，S、Ti、Mn的摩尔比为0.6～2.5∶10∶4，其中MnOx和TiO₂-SO₄^2-以复合氧化物的形式存在，MnOx为MnO₂或Mn₂O₃，SO₄^2-改性的TiO₂以锐钛矿形式存在，MnOx分散于TiO₂表面。

本发明所述的溶胶凝胶法制备MnO_x/TiO₂-SO₄^2-的方法，其步骤如下：

(1)将钛酸丁酯5～6g、乙酸6～7g、乙醇6～7g用搅拌器混合搅拌，搅拌过程中加入硫酸溶液0.14～0.59g，形成黄色透明状溶胶；

(2)继续搅拌15～45min后，依次加入质量分数50％的硝酸锰溶液2～3g及水0.17～0.31g，搅拌均匀后于室温中静置；

(3)陈化24～72h后形成凝胶，30～40℃烘干成干凝胶后，再于75～90℃下烘干10～30h，研磨后放入马弗炉中450～550℃焙烧3～6h，待马弗炉自然冷却至室温后取出，即得到本发明所述的MnO_x/TiO₂-SO₄^2-催化剂。

所述步骤(1)中加入的是质量分数为70％的硫酸溶液；所述步骤(2)中加入硝酸锰溶液和水后，搅拌5～10min。