[发明专利]石墨烯负载钛基核壳结构的低温SCR抗硫催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及大气污染控制技术领域，具体涉及一种石墨烯负载钛基核壳结构的低温SCR抗硫催化剂及其制备工艺，适用于燃煤电厂、工业锅炉、煅烧窑炉等固定源及稀燃汽油车和柴油车等移动原排放氮氧化物（NOx）的消除，属于环境催化材料和环境保护技术领域。

背景技术

低温SCR催化脱硝技术的研究自上世纪90年代开始一直持续至今，在各国研究人员的共同努力下，低温SCR脱硝催化剂得到了一次次卓有成效的改进，尤其是低温活性和选择性都有大幅度的提高。近年来，低温SCR脱硝催化剂二氧化硫中毒问题一直困扰着各国学者，成为公认的技术发展瓶颈。其中石墨烯与无机纳米材料构成的复合物，因其特有的催化活性和稳定性，引起了越来越多研究者的兴趣。在低温催化剂中引入石墨烯载体，能充分利用其电子传导的速度，有助于降低硫酸铵盐的分解温度，提高硫酸铵盐的活性和反应能力，减少硫酸铵盐在催化剂表面的沉积。

专利号为CN201310106570.4的发明专利提出了《一种石墨烯促进型水滑石基脱硝催化剂及其制备方法》，该方法制得的催化剂通过共沉淀法将水滑石（LDHs）纳米片负载于石墨烯表面，焙烧后得到 M²⁺₂Mg²⁺Al³⁺(O)，该催化剂对NOx的储存量具有很高的催化活性和较好的稳定性，大大优于无石墨烯促进型水滑石基催化剂，同时还具有增强的 NO 直接分解能力。专利号为CN201210212988.9的发明专利提出了《MnO₂-TiO₂石墨烯-多孔无机陶瓷膜低温脱硝催化剂及其制备方法》，该工艺将催化剂以多孔无机陶瓷膜为载体，将 MnO₂、TiO₂与石墨烯的复合物负载于载体表面，载体具有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，增大了 NOx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，石墨烯具有极高的比表面积、极高的机械强度、极其稳定的结构以及独特的电子运输特性，可提高材料的低温下的催化性能。

有研究表明以介孔TiO₂为壳，以MnOx-CeOx/CNTs为核的复合催化剂在300℃的反应条件下具有较好的SO₂抗性，该催化剂介孔的TiO₂壳不仅能够阻止硫酸铵盐的生成而且抑制了SO₂对Mn的侵蚀。近年来，石墨烯与无机纳米材料构成的复合物，因其特有的催化活性和稳定性，引起了越来越多研究者的兴趣，石墨烯从性能上来看具有优异的特性，例如高电导率和热导率、高载流子迁移率、自由的电子移动空间、高强度和刚度等。因此本发明提出了一种全新的抗硫催化剂制备思路——构筑石墨烯负载的钛基核壳结构纳米材料。

发明内容

针对当前烟气中SO₂引起的低温SCR脱硝催化剂严重中毒的问题，本发明提出一种全新的石墨烯负载钛基核壳脱硝催化剂及其制备方法，借助构筑以纳米MnOx-CeO₂为核以TiO₂为壳核催化剂特殊的理化特性来保护催化剂的活性中心，借助石墨烯材料作为低温SCR催化剂的载体可以降低硫酸铵盐的累积，从而增强低温脱硝催化剂的抗硫能力。

 本发明采用的技术方案如下：

一种石墨烯负载钛基核壳结构的低温SCR抗硫催化剂，由复合纳米粒子MnOx-CeO₂为核，TiO₂为壳以石墨烯作为催化剂的载体，构筑成石墨烯负载钛基核壳结构，所述催化剂的尺寸范围为20-200nm，其中Mn、Ce、Ti、石墨烯三种元素的摩尔比例为0.05～1：0.05～1：1：1，石墨烯载体与纳米核壳结构MnOx-CeO₂@TiO₂的质量比为0.01～0.6：1。

  上述一种石墨烯负载钛基核壳结构的低温SCR抗硫催化剂的制备方法，具体步骤如下：

（1）制备MnOx-CeO₂复合纳米粒子