[发明专利]一种有序介孔碳负载Cu-Mn双金属脱硝催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种有序介孔碳负载Cu‑Mn双金属脱硝催化剂及其制备方法。该催化剂以有序介孔碳材料为载体，以CuO_x和MnO_x为活性组分；其中CuO_x以铜元素含量计负载量为2～10％，MnO_x以锰元素含量计负载量为2～10％。该催化剂的制备采用溶剂蒸发诱导自合成方法，以F127为模板剂，与稀盐酸混合溶解后，依次加入正硅酸乙酯、铜前驱体、锰前驱体、酚醛树脂前驱体，搅拌烘干，转入管式炉中惰性气氛下煅烧，得到催化剂。本发明的制备过程简单、原料来源广泛，所得催化剂具有较大的比表面积、较高的低温活性、良好的抗硫性和稳定性，适用于烟气低温SCR脱硝工艺。

技术领域

本发明属于环境催化和材料制备技术领域，具体地说是涉及一种有序介孔碳负载Cu-Mn双金属脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，以煤炭为主的能源结构仍将长期存在。氮氧化物(NO_x)作为燃煤尾气中一种常见的污染物，不仅危害人体健康，诱发多种疾病，还会造成酸雨、光化学污染、臭氧层破坏等一系列环境问题。因此，NO_x排放已成为一个不容忽视的大气污染来源，有效地控制和降低NO_x排放量成为改善环境污染现状的重点。

目前主要的NO_x控制技术包括低NO_x燃烧技术和燃烧后烟气脱硝技术两部分。随着国家对NO_x排放要求限制的日益严格，仅靠低NO_x燃烧已经很难满足排放标准。而在燃烧后烟气脱硝技术中，选择性催化还原(SCR)由于操作简单、经济性好、转化率高等优点，成为国际应用最多的商业化技术。其原理是利用氨气或其它还原性气体在催化剂的作用下，与烟气中的NO_x发生氧化还原反应，最终生成无污染的N₂和H₂O。钒钛系催化剂是应用最为广泛的商业脱硝催化剂，但其操作温度窗口较高(300～400℃)，且易受SO₂影响而失活，同时钒活性组分的流失会对环境造成严重危害。因此，开发抗硫性强、毒性低的高效低温脱硝催化剂迫在眉睫。

以碳材料为载体的负载型催化剂由于具有比表面积大、稳定性好、抗硫性高等优点，在低温SCR催化剂研究方面得到越来越广泛的关注。常用的碳基载体包括活性炭、碳纳米管、碳纳米纤维等。中国专利CN104941630A公开了一种以活化半焦为载体，以过渡金属和稀土金属氧化物为活性组分的催化剂，在低温段具有较高反应活性。中国专利CN103599783公开了一种碳纳米管负载纳米Fe氧化物的脱硝催化剂及其制备方法，通过溶剂热法实现活性组分在碳纳米管表面的均匀分散。然而上述碳基催化剂载体的孔结构呈无序状态，微孔为主的孔径分布导致其表面利用效率较低，影响了催化反应中的传质过程。因此，调节碳基载体孔结构的有序性、进行表面负载改性的研究，从而得到孔隙结构发达、抗硫性好、稳定性强、低温活性高的碳基SCR催化剂，具有良好的研究前景和应用价值。

发明内容

本发明针对现有SCR脱硝技术中催化剂存在的低温活性较差、稳定性不高、抗硫性能低等缺陷，提供了一种孔隙结构发达、抗硫性好、稳定性强、低温活性较高的有序介孔碳负载Cu-Mn双金属催化剂。同时针对普通浸渍法、机械混合法等负载方式存在的活性组分分布不均匀、催化活性较低等问题，提供了一种在有序介孔碳载体上原位引入金属活性组分的溶剂蒸发诱导自合成制备方法。

一种有序介孔碳负载Cu-Mn双金属脱硝催化剂，所述催化剂的载体为有序介孔碳材料，活性组分为CuO_x-MnO_x双金属氧化物。

作为优选，催化剂的活性组分中，CuO_x以铜元素含量计负载量为2～10％，MnO_x以锰元素含量计负载量为2～10％。