[发明专利]MnO2-TiO2碳纳米管-多孔无机陶瓷膜低温脱硝催化剂及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于低温催化脱硝领域，具体涉及一种MnO₂-TiO₂碳纳米管-多孔无机陶瓷膜低温脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术：

氮氧化物（NO_x）主要包括NO、NO₂、N₂O等，可以引起酸雨、光化学烟雾、温室效应及臭氧层的破坏。自然界中63%的NO_x来自工业污染和交通污染，是自然发生源的2倍。其中电力工业和汽车尾气的排放各占40%，其他工业污染源占20%。在通常的燃烧温度下，燃烧过程产生的NO_x中90%以上是NO，NO₂占5%-10%，另有极少量的N₂O。我国氮氧化物的排放量中约70%来自煤炭的直接燃烧，电力工业又是我国的燃煤大户，因此NO_x排放的主要来源是火力发电厂。

选择性催化还原脱硝(SCR)技术是目前效率最高、最成熟的电厂烟气脱硝技术，在国外电厂中得到了广泛应用，它也是我国电厂脱硝最有前途的技术，其主要反应如下：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O

为了减小灰尘对催化剂使用周期的影响，SCR系统经常布置于除尘器之后，即所谓的低飞灰布置。此时，烟气的温度较低，如果运用催化剂反应温度太低，会降低催化剂的活性，使脱硝效率下降，最后达不到脱硝的效果。而且如果催化剂在低温下持续运行，将导致催化剂的永久性损坏。

本发明以多孔无机陶瓷膜作为载体，其多孔结构以及极大的比表面积，可使活性物质均匀的分散于载体表面，为催化反应提供更多的活化中心，从而增大NO_x的转化率。MnO₂作为催化剂的主要活性成分，在低温下具有很高的催化性能。此外，碳纳米管具有极高的比表面积、化学惰性以及离域大π键的隧道导电特性，可提高材料的低温下的催化性能。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有脱硝催化剂的缺陷，利用无机陶瓷膜的富集作用与碳纳米管独特的电荷传输性能，提供一种催化效率高、耐腐蚀、机械强度大、结构稳定不变形和使用寿命长的MnO₂-TiO₂碳纳米管-多孔无机陶瓷膜低温脱硝催化剂及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：

该低温脱硝催化剂以多孔无机陶瓷膜为载体，将MnO₂、TiO₂与碳纳米管的复合物负载于载体表面；该催化剂中，多孔无机陶瓷膜的质量百分比为50%~80%，MnO₂、TiO₂与碳纳米管的复合物的质量百分比为20%~50%； MnO₂、TiO₂与碳纳米管的复合物中，Mn、Ti和C的原子比为1：6.9：1.7。

所述的低温脱硝催化剂的制备方法，具体步骤如下：

步骤（1）：将主要成分为SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、TiO₂、K₂O、Na₂O的煤渣研磨均匀，加入粒径为0.02 mm的发泡剂，在压力机上采用半干法在成型压力为38 MPa的条件下压模成型，压制成薄片；将压制的薄片1100 oC下煅烧2 h即获得粉煤灰基多孔陶瓷片，并将其研磨，得到多孔无机陶瓷膜；

步骤（2）：室温下，将碳纳米管放入无水乙醇中，超声粉碎机中处理以使碳纳米管开口；然后进行第一次超声波处理，之后加入钛酸正丁酯，再进行第二次超声处理，并依次将乙酸和硝酸锰混合溶液与步骤（1）制取的多孔无机陶瓷膜在第二次超声处理过程中加入到上述溶液中；超声处理直至溶胶的出现，室温条件下老化数天；

步骤（3）：对步骤（2）得到的老化样品进行干燥、焙烧，即得到所述低温脱硝催化剂，且使得到的催化剂中，多孔无机陶瓷膜的质量百分比为50%~80%，MnO₂、TiO₂与碳纳米管的复合物的质量百分比为20%~50%； MnO₂、TiO₂与碳纳米管的复合物中，Mn、Ti和C的原子比为1：6.9：1.7。