[发明专利]一种炭基光催化氧化脱硝催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于燃煤电厂、燃煤锅炉和燃煤窑炉等烟气光催化氧化脱硝的催化剂及其制备方法，更具体地说是一种炭基光催化氧化脱除NO催化剂及其制备方法。

背景技术

燃煤烟气中含有大量的大气污染物，主要为SO₂、NO_x。其中，NO_x不仅对人体、植物，尤其是农作物以及经济作物产生损害作用，还可以形成酸雨、光学烟雾，破坏臭氧层等。如果不迅速采取措施，将会对生态环境和国民经济造成巨大的影响。2000年中国环境公报报道，在统计的338个城市中，63.5%的城市超过国家空气质量二级标准，其中超过三级标准的有112个城市，占监测城市的33.1%。预计到2020年和2030年，我国NOx排放量将分别达到2900和4000万吨。2011 年我国修订了《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223－2011）；2012 年国务院及相关部门又出台了《节能减排“十二五”规划》、《环境保护“十二五”规划》、《重点区域大气污染防治“十二五”规划》等。火电企业面临的环保标准越来越严，排放标准要求现有火力发电锅炉及燃气轮机组自 2012年1月1日起 NO_x排放将执行 100 mg/m³的浓度限值。同时，2012年全国环境污染治理投资为8253.6亿元，占国内生产总值的1.59%，占社会固定资产投资的2.20%，比上年增加37.0%。可见，NO_X控制技术的开发和大气污染物治理已成为目前及未来相当长时间内的重要课题之一。

目前燃煤电厂成熟应用的烟气脱硝技术主要有SCR选择性催化剂还原法、SNCR选择性非催化还原法、电子束照射法和同时脱硫脱硝法。SCR选择性催化还原法目前已成为世界上应用最多且最为成熟的一种烟气脱硝技术。SCR选择性催化还原法是指在催化剂的作用下，以NH₃作为还原剂，“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒、无污染的N₂和H₂O。该方法最早由Engelhard公司发现，该公司于1957年就申请了相关专利。而后日本在其政府环保政策的压力下，成功实现了现今被广泛使用的V₂O₅/TiO₂催化剂，并分别在1977年和1979年在燃油和燃煤锅炉上成功投入商业运用。但是传统SCR仍然存在如下缺点：(1)催化剂长期受到粉尘的磨损和碱/碱土金属的侵蚀容易出现中毒现象；(2)催化剂的高反应温度需要在省煤器和空气预热器之间预留较大的催化装置布置空间；(3)传统SCR催化法存在必然的热量损失，造成能源浪费；(4)由于SCR技术消耗NH₃，液氨的存储、泄露、运输等问题造成运行费用高、设备投资大缺点。

与SCR不同，选择性催化氧化法SCO主要是把烟气中的NO在富氧条件下转化为NO₂，并结合湿法脱硫工艺利用氨水吸收NO₂后生成高附加值的硝酸铵。与一般的高温SCR技术相比具有能耗低、系统布置方便、催化剂使用寿命长、运行成本低等优点，极具有工业应用前景，是当前国内外烟气脱硝技术研究的热点。目前，选择性催化氧化法SCO的催化剂研究主要集中在碳材料、分子筛和金属氧化物。其中，活性半焦是以煤炭为原料制备的一种多孔碳材料，以其来源广泛、价格低廉、易于再生等优势成为最具前景的脱硝催化剂。李春虎等人在此领域已申请多项中国专利，如《一种成型半焦SO₂和NO吸附催化剂及其制备方法》（申请号200810139810.X），《一种用于低温催化氧化的半焦烟气脱硝剂的制备方法》（申请号201010204883.X）等。并指导完成数篇研究生论文，如《活性半焦用于烟气脱硫脱硝的研究》（硕士毕业论文，2009年），《活性半焦低温催化氧化脱除烟气中NO的研究》（博士毕业论文，2010年），《磷钨酸改性碳材料提高烟气氧化脱硝抗水性能研究》（硕士毕业论文，2013年）。同时，李春虎提出将价廉易得的活化半焦催化氧化脱硝技术与电厂超洁净烟气养殖微藻技术联合，有效利用废气废热，可生产出高附加值的含氮化肥和生物柴油。但活性半焦用于烟气氧化脱硝过程中由于NO和H₂O的竞争吸附易造成催化剂的“水中毒”现象，使脱硝活性明显下降。