[发明专利]一种整体式脱硝催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种以烧结金属纤维包裹TiO₂或Al₂O₃为载体的三维网络结构整体式SCR脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术

氮氧化物（NOx）包括NO、N₂O、NO₂、N₂O₄等，是世界公认的主要大气污染物之一，同时也是酸雨、高地面臭氧浓度和光化学烟雾的成因物质。NOx的污染已成为全球性环境问题，2010年我国的氮氧化物排放量为2273.6万吨，其中机动车的NOx排放约占其总排放量的1/3，其余近70%来自于煤炭的直接燃烧。随着我国经济的不断发展，NOx排放量呈逐年增加趋势。世界各国已陆续发布了相关法令，严格限制NOx的排放，我国已开始向企业收取NOx排污费，因此，如何控制NOx排放量已成为企业所必须面临的问题。

防止氮氧化物产生和脱除氮氧化物是减少NOx排放的两大主要途径。前者常通过锅炉改进和低氮氧化合物技术来实现，而以NH₃为还原剂的选择性催化还原（SCR）技术是目前工业上脱除NOx最有效的方法(Nakajima F and Hamada I. Catalysis Today, 1996, 29(1-4): 109)。整体式催化剂的研制与开发是SCR技术的核心，已有的整体式催化剂所使用的载体主要包括蜂窝陶瓷、活性炭或金属丝网，蜂窝陶瓷和活性炭载体易受烟气中的水、二氧化硫和粉尘的影响发生堵塞和中毒，且其需要成型、机械强度低、传质性能差、使用寿命短、热响应慢、易破碎等，增加动力系统的耗能。尽管以金属丝网为载体制得脱硝催化剂（中国专利CN101391214A、CN101274282B、CN100455352C、CN102166515A、CN102580763A）在改善传质传热等方面取了一些有意义的结果。但是，目前市售的金属丝网的丝径一般在100微米左右，以金属丝网制作的整体式脱硝催化剂存在网孔过大、催化剂担载量低、活性组分分布不均匀以及不易折成各种形状等缺点。

金属纤维的直径为2~20微米，远低于金属丝网的丝径，将包裹金属氧化物的金属纤维烧结，再负载活性组分，制作成集催化剂和反应器于一体的具有三维网络结构的整体式催化剂，具有活性组分分布均匀、催化剂担载量高、传质传热好、大孔隙率、压力将小、易于褶皱等优点。将金属纤维应用于制作整体式SCR脱硝催化剂未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足而提供的一种以烧结金属纤维包裹TiO₂或Al₂O₃为载体的具有三维网络结构的整体式SCR脱硝催化剂，从根本上实现了催化剂和反应器一体化设计的新材料和新结构。

本发明的目的是这样实现的：

一种整体式脱硝催化剂，特点是：该催化剂是将金属纤维、金属氧化物颗粒及纤维素，加入水中打浆，在纸业成型器上制成薄层滤饼，干燥、氧化烧除纤维素后，于氢气氛中焙烧，形成金属氧化物束缚在金属三维网络结构中的结构化载体，再用浸渍法将活性组分V₂O₅及助剂负载于所述结构化载体表面，制得所述催化剂，其中：催化剂中各组分组成如下（质量分数）：16~44wt%的金属纤维，44~80wt%的TiO₂颗粒，1~2wt%的V₂O₅，3~10wt%的助剂。    

所述结构化载体中金属纤维体积含量为2~5%，金属氧化物颗粒体积含量为22~45%，孔隙率50~76%。

所述金属氧化物为TiO₂或Al₂O₃。

所述助剂为WO₃、MoO₃、CeO₂或La₂O₃。

所述金属纤维直径为2-20微米，包括镍纤维、铜纤维或不锈钢纤维。

所述纤维素为市售普通滤纸。

一种上述催化剂的制备方法，该方法包括以下具体步骤：