[发明专利]一种锰系负载钛掺杂硅纳米管SCR催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于烟气脱硝催化剂制备领域，特别涉及一种锰系负载钛掺杂硅纳米管SCR催化剂及其制备方法。以钛掺杂硅纳米管作为载体，以锰氧化物为活性物质负载于钛掺杂硅纳米管，制得锰系负载钛掺杂硅纳米管SCR催化剂。本发明还公开了上述钛掺杂硅纳米管载体的合成方法。硅纳米管具有较大的比表面积，显著地提高了活性物质在载体表面的分散性，钛掺杂硅纳米管在催化反应时提供较多的酸性位点，反应活性位点增加，降低了催化剂的还原温度，使催化剂具有良好的低温活性和稳定性。钛掺杂硅纳米管作为一种活性载体存在，有助于催化反应的进行，拓宽其选择性催化还原的活性温度窗口。

技术领域

本发明属于烟气脱硝催化剂制备领域，特别涉及一种锰系负载钛掺杂硅纳米管SCR催化剂及其制备方法。

背景技术

近些年来，热电厂，钢铁，发电，热电厂，柴油车辆排放的气体含有大量的氮氧化物，对环境造成很大的污染，柴油机的使用虽然增加了燃油经济性并降低了含碳物质的排放(CO、CO₂和碳氢化合物等)，但却明显地增加了NO_x的排放，如不加以治理将会出现酸雨及光化学烟雾危害人类的日常生活。

脱硝催化剂由于实际应用的需求成为研究的热点，近年来受到越来越多人的关注，检索中国知网资料库发现，自2000年以来发表的关于脱硝中文硕博论文高达1184条，关于脱硝发明专利高达2070条。脱硝催化剂研究有三效催化剂，还有负载型催化剂，传统的三效催化剂已无法满足实际的需要，SCR催化剂研究中以负载型催化剂为主。SCR(选择性催化还原技术)是指通过添加还原剂，使还原剂在催化剂的作用下与废气中的氮氧化合物反应并使其还原为N₂的催化过程，催化过程通常采用NH₃、尿素、各种烃类和醇类作为还原剂。

SCR催化剂广泛使用的载体为硅铝分子筛、碳纳米管、单一的TiO₂，载体本身不具有催化活性，同时粉尘容易堵塞催化剂，导致其寿命低和活性成分分散不良等问题，长期以来载体催化活性位点少，导致催化剂的低温活性低、稳定性差和脱硝效率不高等问题。因此目前SCR催化剂脱硝效果不佳，有必要开发出一种新的催化剂，对传统的SCR催化剂进行改进，以适应人们对生态环境的需求。现有技术中硅纳米管已作为催化剂的载体使用，但没有相关报道钛掺杂硅纳米管用于SCR催化剂载体的报道。掺杂元素进入到载体骨架中，成为骨架结构的一部分，会改变原有骨架的结构，需要进行大量的试验探索。

发明内容

本发明的目的：针对传统的SCR催化剂存在的问题，提供一种锰系负载钛掺杂硅纳米管SCR催化剂及其制备方法，通过掺杂钛元素，使得载体具有了催化活性，提高了SCR催化剂的脱硝效果。

本发明的技术方案：提供一种锰系负载钛掺杂硅纳米管SCR催化剂，以钛掺杂硅纳米管作为载体，以锰氧化物为活性物质负载于钛掺杂硅纳米管，制得锰系负载钛掺杂硅纳米管SCR催化剂。提供了这种锰系负载钛掺杂硅纳米管SCR催化剂的制备方法，其具体操作步骤包括：

1)将1.00g F127模板剂溶解于60ml 2M HCl中充分搅拌6h，记为溶液A；将钛酸四丁酯和2.8g正硅酸四乙酯充分混合在3ml甲苯中，记为溶液B；将溶液B缓慢滴加在溶液A中，在10～15℃、240～260rpm条件下搅拌24h，记为溶液C；

2)将步骤1)制备的溶液C转移入水热反应釜，在100℃条件下水热反应24h；冷却至室温，抽滤洗涤，50～70℃条件下真空烘干至干燥；320～380℃条件下焙烧5～7h以除去模板剂，制得钛掺杂硅纳米管；

3)将0.1mol/L的氢氧化钠逐滴加到MnCl₂溶液中，至pH＝8时将所得沉淀物离心、洗涤，以除去Cl^-和Na⁺等杂质，将洗涤后的沉淀物分散于水中，加入十二烷基磺酸钠，调节体系的pH为7，制得水合锰溶胶；