[发明专利]一种高活性中低温SCR脱硝催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境工程领域，具体涉及一种用于工业尾气通过催化氨还原反应脱除氮氧化物催化剂的制备方法。

背景技术

氮氧化物（NOx）主要包括NO、NO2。多种工业尾气中均含有氮氧化物，排放到大气中，是形成酸雨和光化学烟雾的重要原因，同时也是目前我国北方地区发生严重雾霾天气的主要原因。我国以煤炭为主的能源结构导致燃煤电厂的烟气含有大量的氮氧化物，是氮氧化物排放的主要来源。其它诸如钢铁、化工、医药、水泥、垃圾焚烧发电等行业均有氮氧化物排放，交通工具内燃机尾气也是氮氧化物的主要来源。近年来，我国环境保护标准的不断提高，对氮氧化物的排放浓度要求不断下降，2014年，北京市新建锅炉尾气氮氧化物含量要求不超过80mg/m3。与此同时，某些工业过程，如生物质发酵制沼气过程，需要将氮氧化物含量降至0.1mg/m3的超低水平。这些技术要求都对氮氧化物脱除技术提出了更高的要求。

氮氧化物的脱除技术包括吸附、冷冻分离、直接催化分解和氨催化还原（SCR）等。其中，SCR法是目前使用最普遍的技术，该技术使用氨为还原剂，在催化剂的作用下，氮氧化物被还原为氮气和水。该技术的关键是催化剂的性能，尤其是催化剂在低温条件（100-200℃）下的催化性能。受到某些尾气自然条件的限制，催化剂低温催化性能越好，SCR过程的运行成本越低。因此，迫切需要开发高活性的低温脱硝SCR催化剂，降低脱硝过程的运行成本。

目前工业应用最广泛的脱硝催化剂为钒钨钛体系催化剂，这类催化剂技术成熟，但存在运行温度偏高（300-400℃）的缺点。新型高活性低温脱硝催化剂主要集中在以新型材料为载体，通过负载金属制备的催化剂。

公开号CN102861579公开了“一种铜基纳米脱硝催化剂及其制备方法”，以氧化铜为活性组分，以浓硝酸处理的碳纳米管为载体，反应气体中NO/NH3比值为1～1.5，在120-300℃区间内，NO的转化率为55-100%。

公开号为CN103623808A的发明专利公开了“一种SCR催化剂及其制备方法”，使用氧化钛和氧化硅复合氧化物为载体，活性组分为五氧化二钒，二氧化铈为助催化剂，活性窗口温度为150-450℃，NO的脱除率达到了90-98%。

公开号为CN104492471A的发明专利使用介孔分子筛SBA-15位催化剂载体，负载活性组分铁、铜、锰的一种或几种，在90-240℃的活性窗口内，催化剂在使用前需经过H2还原，脱硝效率可达到80-99%。

公开号CN104437080A的发明专利使用负载铜的ZSM-5分子筛，配合氧化镍和氧化锰，在微波辅助下进行NO的直接催化分解，才做温度在100-450℃。

公开号CN104971769A的发明专利使用SAPO-18型微孔分子筛为载体，负载铜为活性组分，用于SCR脱硝过程，175℃和200000h-1的高空速下，可实现高效脱硝。

这些发明所公开的催化剂均具有较高的活性，但其催化性能仍无法满足目前日益提高的脱硝要求。尤其在低温催化活性和脱硝深度上，难以达到80℃以下的反应温度和低于0.1mg/m³的低浓度脱硝。以微孔分子筛为载体，以铜、镍、锰、铁等金属氧化物为催化活性组分的脱硝催化剂已经被广泛报道，但其制备过程仍局限在浸渍法、离子交换法等传统过程，后期经过煅烧，形成氧化物催化剂。这些传统制备过程无法满足高低温活性的要求。

在向微孔分子筛孔道表面引入活性组分的过程主要是通过将金属的硝酸盐溶于水，然后通过浸渍法和离子交换法使其均匀的分散在载体的表面，然后通过高温煅烧，使硝酸根分解，形成氧化物。由于微孔分子筛内部孔道微环境的影响，这些氧化物的晶体以不同的晶体形式存在，其在101、110和011等晶面上的存在比例有所不同。这就对NO和NO₂具有高吸附活化能力的晶面数量不足，造成了催化剂宏观催化性能的下降。

发明内容

本发明的目的是开发一种新的高效低温SCR脱硝催化剂的制备方法，使其在低温（80℃-150℃）下具有良好的催化活性，能够实现气体的深度脱硝（NOx浓度低于0.1mg/m³)。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高活性中低温SCR脱硝催化剂的制备方法，步骤如下：

（1）浸渍：将ZSM-5型分子筛和金属硝酸盐的水溶液混合均匀，在80℃下干燥10小时，完成浸渍；

（2）煅烧：将步骤（1）所得产品在95~105℃的条件下继续干燥5~7小时，然后进行煅烧；