[发明专利]凹土-活性炭复合脱硝催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种凹凸棒石黏土及活性炭复合载体制备脱硝催化剂方法，具体地说就是一种以稻壳为原料制备的活性炭与凹凸棒石黏土复合，负载金属氧化物制备SCR脱硝催化剂的方法。

背景技术

众所周知，氮氧化物（NO_x）是大气主要污染物，是形成酸雨、光化学烟雾的主要原因，对人类健康也有严重的危害。NO_x主要来源于机动车尾气和煤的燃烧，因此，烟气脱硝是控制NO_x排放和污染的重要途径。烟气脱硝方法主要有选择性还原（SCR）脱硝法、非选择性还原（SNCR）脱硝法、吸附法和吸收法等，其中以NH₃为还原剂的SCR脱硝法由于其高效的脱硝效率、选择性好，技术也相对成熟，是目前燃煤电厂主要应用的脱硝技术。

SCR脱硝法最关键的技术是选择合适的脱硝催化剂。现有应用的脱硝催化剂多是采用TiO₂做为载体，负载V₂O₅以及一些助剂（ZL200910030398.2、CN102274723A），存在成本高，脱硝温度较高的缺点。为了降低成本，许多矿物，如粉煤灰（ZL200310100420.9）、高岭土（ ZLCN102389791A）、膨润土（ZL200610028191.8）、堇青石（ZL 200710062007.6）以及生物质资源活性炭（ZL03145680.4）被用做脱硝催化剂载体制备脱硝催化剂，取得了一定的效果。

凹凸棒石黏土（以下简称凹土）是一种廉价的黏土矿物，可以用做载体负载金属氧化物制备脱硝催化剂，如直接负载（ZL200910145015.6）或者与粉煤灰复合（CN102000564A）负载MnO_x，负载TiO₂和活性组分（CN101862648A）。这些脱硝催化剂中，由于凹土粘性较大且比表面积有限，对气体吸附和通透还有待提高。活性炭与凹土相比具有较大的比表面积，目前还没有活性炭与凹土复合做为载体制备脱硝催化剂的报道。

发明内容

     本发明的目的是：提供一种凹土-活性炭复合脱硝催化剂的制备方法，以稻壳为原料，通过炭化制备活性炭，随后添加凹土和金属盐，氮气下煅烧制备SCR脱硝催化剂，生产工艺简单，制造成本低。

本发明的技术解决方案是该制备方法包括以下步骤：首先，稻壳采用粉碎机粉碎后在保护气氛炉的氮气气氛中高温炭化；然后，添加碱液加热煮沸、抽滤，再分散到水中洗涤，抽滤、烘干得到活性炭；最后，活性炭分散到水中，加入凹土，搅拌，过滤、挤条、烘干、煅烧，再等体积浸渍金属盐，在氮气下高温煅烧制备得SCR脱硝催化剂。

本发明的催化剂制备方法的具体步骤如下：

步骤1、稻壳采用粉碎机粉碎，然后置于保护气氛炉中，通入氮气，以5℃/min升温到600～800℃，保温1～3h，冷却至室温，随后按照固液质量体积比1:4加入200g/LNaOH溶液，煮沸1h，抽滤，再转移到与碱液等体积的水中，搅拌1h，抽滤，烘干，得到活性炭；

步骤2、按照固液质量体积比1:20，将活性炭转移到水中，随后加入质量为活性炭2～4倍的凹土，搅拌5～10h，抽滤，挤条机挤条，110℃烘干，250℃煅烧3h，制备凹土-活性炭复合材料；

步骤3、按固液质量体积比1:1，往凹土-活性炭复合材料中加入硝酸盐的乙酸溶液，混合物于40℃烘干，随后转移到保护气氛炉中在氮气保护下500℃炭化2h，得到活性炭-凹土复合脱硝催化剂；其中，硝酸盐为硝酸铜和硝酸铈，其质量分别为固体载体的15～36%和0.1～0.5%，乙酸含量为10%，其余为水；

本发明的脱硝催化剂应用方法如下：将0.5g脱硝催化剂加入到固定床反应器中，入口气体组成为1000×10^?6 NO，1200×10^?6 NH₃，10% O₂及平衡气N₂，总流速为200 mL/min，对应的空速为8000 L/(kg·h)，反应温度为220～280℃；烟气分析仪在线监测出口NO浓度，NO测试前用磷酸洗脱残留NH₃，脱硝率为85～94%。

本发明与现有技术相比，采用廉价凹土和稻壳为原料制备载体，成本较低，凹土同时为粘结剂和催化剂的载体；稻壳制备的活性炭由于碱洗脱除内部SiO₂后也具有较大的比表面积，加入凹土中，有助于改善凹土的透气性，提高催化剂对气体的吸附和脱硝率。