[发明专利]一种免煅烧型MnO2/CNTs低温脱硝催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂制备领域，具体涉及一种免煅烧型MnO₂/CNTs低温脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术

煤炭燃烧和汽车排放的NO_x是一种常见的大气污染物，严重污染了环境。各国都制定了严格的NO_x排放标准。烟气和尾气的脱硝技术也成为人们研究的重点。其中，氨气选择性催化还原NO（NH₃-SCR）是一种成熟和有效的尾气脱硝技术。

该方法在没有使用催化剂的情况下，需要在800℃的条件下才能有效进行。目前，商业化的钒钛催化剂体系的使用已使脱硝有效运行温度窗口降至350-400℃，但是，经过烟气脱硫和静电除尘设备之后，尾气的温度通常低于200℃。再者，现有脱硝催化剂的制备过程主要包括：高温煅烧和高压水热。此类方法在安全性和操作性上存在一定的不足。因此，现阶段研究的重点是开发低温（<200℃）催化效果好且制备工艺简单的NH₃-SCR催化剂。本发明通过低温液相法将锰氧化物活性组份负载到载体碳纳米管上，得到工艺简单且低温活性优良的MnO₂/CNTs催化剂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有脱硝催化剂在低温区域活性不高和制备方法复杂的问题，提供一种免煅烧型MnO₂/CNTs低温脱硝催化剂及其制备方法。该催化剂具有低温（80～180℃）活性优异、制备工艺简单和无需煅烧等优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种免煅烧型MnO₂/CNTs低温脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1）用浓硝酸处理碳纳米管4h，得到官能团化的碳纳米管；

2）将步骤1）制得的碳纳米管加入至高锰酸钾溶液中，搅拌10h；

3）将H₂O₂溶液逐滴加入至步骤2）得到的混合溶液中，升温至40℃，搅拌14h，过滤，水洗，105℃烘干得到MnO₂/CNTs催化剂；

步骤1）所述的浓硝酸浓度为65～68wt%；

步骤1）所述的碳纳米管的管径为60～100nm；

步骤2）所述的高锰酸钾溶液浓度为0.02mol/L，高锰酸钾和碳纳米管的用量按照Mn/C摩尔比为2～6:100来计算；

步骤3）中H₂O₂溶液的浓度为30wt%；

一种如上所述的制备方法制得的免煅烧型MnO₂/CNTs低温脱硝催化剂的应用，用于80～180℃低温烟气脱硝。

本发明的显著优点在于：

（1）本发明通过低温共沉淀法将催化剂的活性成分负载到碳纳米管上，促进了活性组分的分散，增加了活性位点；而且制备过程中无需煅烧即可制得，极大简化了制备工艺，提高了制备过程的安全性；

（2）MnO₂作为催化剂的主要单一活性成分，无需使用助催化剂，在低温下具有较高的催化性能；而碳纳米管具有极高的比表面积、化学惰性以及离域大π键的隧道导电特性，可提高材料在低温下的催化性能，在80~180℃活性优异。

附图说明

图1是本发明制备的催化剂，当催化剂中MnO₂活性组分的含量不同时，其对NO的转化率变化图；

图2是本发明制备的催化剂的XRD图谱：（a）硝酸处理过的CNTs；（b）2%MnO₂/CNTs；（c）4%MnO₂/CNTs；（d）6%MnO₂/CNTs；（e）MnO_x/CNTs；

图3是本发明制备的催化剂的SEM图谱：（A）酸处理的CNTs；（B）4%MnO₂/CNTs及（C）Mn；（D）C；（E）O的元素分布图；

图4是本发明制备的催化剂的TEM图谱：（A）4%MnO₂/CNTs；（B）MnO_x/CNTs；（C）图A中红色圆圈的EDS谱图；

图5是本发明制备的催化剂的XPS图谱：（A）全谱；（B）Mn2p；（C）O1s。

具体实施方式

本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。

实施例1

1）用硝酸（65wt.%）处理碳纳米管6h，后处理得到官能团化的碳纳米管；