[发明专利]一种铁基复合氧化物脱硝催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁基复合氧化物NH₃-SCR脱硝催化剂及其制备方法，还涉及该催化剂用于除去固定源烟道气、柴油车尾气和贫燃汽油机尾气中的氮氧化物的应用，属于催化脱硝技术领域。

背景技术

氮氧化物（NO_x）是造成酸雨和光化学烟雾的主要污染物，其排放主要来自固定源如燃煤锅炉、工业炉窑和移动源如机动车尾气的排放。我国在取得对SO₂控制的阶段性成果后，“十二五”期间对NO_x实现总量控制，即2015年NO_x排放总量比2010年下降10%。特别是2012年实施了《火电厂大气污染物排放标准》，该标准中要求NO_x（以NO₂计）排放为100 mg/m³。

选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR）是在氧气存在的条件下，还原剂优先与烟气中的NO_x反应生成氮气（N₂）的催化过程。在SCR技术中可作为还原剂的包括氨（NH₃）、碳氢化合物（HC）和氢气（H₂）。采用NH₃作为还原剂的SCR技术对NO_x的脱除效率可达到80~90 %，脱硝效率最高，同时也是目前国际公认的最主流、最成熟、应用最为广泛的商业化脱硝技术。催化剂是SCR技术的核心，目前广泛应用的NH₃-SCR催化剂是以氧化钛为载体的钒基催化剂（V₂O₅-WO₃（MoO₃）/TiO₂）。然而，商业钒钛催化剂虽具有较高的脱硝活性和较好的抗水抗硫性能，但其中的活性组分V₂O₅具有毒性，会对环境造成二次污染，而且反应活性温度窗口较窄（300-400 ^oC），高温段N₂选择性较差。因此，开发高效、稳定、环境友好的新型NH₃-SCR催化剂来取代传统钒基催化剂是非常必要和有广阔前景的。

关于新型SCR脱硝催化剂的研发，国内外研究者对此做了大量的工作。Fe基催化剂具有良好的氧化还原性能，其来源广泛，无毒，价格低廉，受到国内外研究者的关注，被认为是极具有潜力的NH₃-SCR催化剂。Fe-ZSM-5（K. Krishna, et al., Catal. Today, 2006, 114: 23），Fe₂O₃（X. L. Mou, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51: 1）以及Fe-Ti复合氧化物（F. D. Liu, et al., Chem. Commun., 2008: 2043）催化剂均表现出了良好的催化性能，但Fe基催化剂通常脱硝活性温度偏高，抗水抗硫和热稳定性差，制备工艺复杂，限制了其大规模工业应用。Mo氧化性强，可以提高催化的低温活性，常被用做脱硝催化剂助剂，在V₂O₅/TiO₂催化剂中添加Mo，提高了催化剂的脱硝活性和热稳定性，且会提高催化剂的N₂选择性（G Busca, et al, Appl. Catal. B.1998,18（1）：1-36），Mo还可以抑制烟气中As对催化剂的毒化作用（L Lietti, et al, J. Catal.1999,187(2):419-435）。因此，在氧化铁中添加钼，有望得到具有高活性的NH₃-SCR脱硝催化剂。

此外，专利201110133318.3中有提到，高度分散的非晶复合氧化物催化剂具有更高的比表面积，更有利于活性组分的分散，较结晶性催化剂的催化活性高，有利于长期使用，因此制备分散度高的催化剂也是提高催化活性的一种方法。

发明内容

本发明的目的是提供了一种铁基复合氧化物，具体为Fe-Mo复合氧化物，该复合氧化物活性成分高度分散，具有奇特的絮状形貌，作为NH₃-SCR脱硝催化剂时催化活性高，催化温度范围宽、抗硫抗水中毒，性能优异。

本发明的另一目的是提供该铁基复合氧化物的制备方法，该方法操作简单，成本低，所得产品性能优异。