[发明专利]一种碳纳米管负载金属氧化物的低温SCR烟气脱硝催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护与环境催化领域，具体涉及一种新型的碳纳米管负载金属氧化物的低温SCR烟气脱硝催化剂。 

背景技术

氮氧化物（NO_x）是主要的大气污染物之一。除直接危害人体健康外，还是生成臭氧的重要前驱体物之一，也是形成区域灰霾和细粒子等污染的重要原因。氮氧化物主要来源于化石燃料的燃烧，据统计，全国工业氮氧化物排放量的66.7%来自于电力、热力生产和供应业，是我国氮氧化物的排放大户，其中火电行业氮氧化物贡献值最大，因此，电力行业是我国控制氮氧化物排放的重点领域。在众多氮氧化物污染控制技术中，选择性催化还原（SCR）烟气脱硝技术成熟有效，在燃煤电厂烟气净化过程中广泛应用。 

催化剂是SCR烟气脱硝技术的关键，目前商业用SCR催化剂主要为V₂O₅–WO₃(MoO₃)/TiO₂系列催化剂，其活性温度窗口为300-400℃，由于所需的温度较高，SCR脱硝装置一般置于除尘和脱硫装置之前，因而催化剂易受到粉尘的冲刷和堵塞，寿命降低。而将脱硝装置置于除尘和脱硫装置之后时，则需要加装烟气预热装置以满足催化活性的要求。与之相比，低温SCR催化剂可以在低于300℃下工作，因此装备有低温SCR催化剂的脱硝装置可以直接安装在除尘和脱硫装置之后，具有较好的经济效益。 

碳纳米管（CNTs）是碳的一种同素异形体，除孔隙发达、比表面积大、吸附性能强外，还具有独特的性质，例如机械强度高、硬度大、热稳定性高、小尺寸效应、量子效应、吸附特性及特有的电学特性等。以碳纳米管为载体，可以负载多种活性组分，并且利用活性组分与碳纳米管之间的相互作用使催化剂具有良好的低温SCR活性和稳定性。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管负载金属氧化物的低温SCR烟气脱硝催化剂及其制备方法，本发明制备的催化剂可使SCR脱硝系统在低温下高效脱 除烟气中的NO_x。 

该脱硝催化剂的组成为：在多壁碳纳米管MWCNTs上，负载助催剂ZrO₂和活性组分MnO_x，构成复合型催化剂MnO_x-ZrO₂/MWCNTs；所述MnO_x-ZrO₂/MWCNTs催化剂中，MnO_x与多壁碳纳米管的质量百分比为5%-20%，ZrO₂与多壁碳纳米管的质量百分比为10%-50%。 

一种碳纳米管负载金属氧化物的低温SCR烟气脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤： 

（1）多壁碳纳米管的预处理： 

称取多壁碳纳米管，加入硝酸水溶液，依次经过超声波处理、水浴，过滤、水洗至中性和干燥后，放入介质阻挡放电（DBD）反应器，于O₂气氛中，高压放电处理，得到预处理后的多壁碳纳米管； 

（2）复合载体的制备： 

按照等体积浸渍法，称取锆源溶于无水乙醇中，滴加到预处理后的多壁碳纳米管中；经超声波处理并烘干后，在氮气氛下焙烧，得到ZrO₂/MWCNTs复合载体；所述锆源与多壁碳纳米管的加入比例满足得到的ZrO₂/MWCNTs复合载体中ZrO₂与多壁碳纳米管的质量百分比为10%-50%； 

（3）活性组分的负载： 

按照等体积浸渍法，称取锰源溶于无水乙醇中，并均匀地滴加到ZrO₂/MWCNTs复合载体中，经超声波处理并烘干后的物料在氮气氛下焙烧，即得到MnO_x-ZrO₂/MWCNTs；所述锰源与ZrO₂/MWCNTs复合载体加入比例满足得到的MnO_x-ZrO₂/MWCNTs复合催化剂中MnO_x所占的质量百分比为5%-20%。 

上述方法中，步骤（1）中所述硝酸水溶液浓度为1-4mol/L，加入量为1gMWCNTs加入100-300mL硝酸水溶液。 

上述方法中，步骤（1）中所述水浴温度为80-100℃，水浴时间为2-8h。 

上述方法中，步骤（1）中所述干燥为干燥箱干燥，干燥温度为80-120℃，干燥时间为6-24h。