[发明专利]一种含电气石的锰基脱硝催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本文涉及低温烟气脱硝领域，具体为用于NH₃选择性催化还原NO的一种含电气石的具有高抗硫耐水性能的锰基低温脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术

氮氧化物(NO_x)是常见的大气污染物，其主要成分为NO和NO₂以及少量的N₂O。主要来自机动车等移动源和火力发电厂、水泥行业和生活和其他工业的排放排放产生的NO_x约五千万吨。目前，环境的快速恶化以及区域雾霾天气的频发都使得中国治理NO_x污染已经迫在眉睫。

实现工业化应用的脱硝技术主要是选择性催化还原(SCR)脱硝技术。其中SCR技术核心主要是以NH₃作为还原剂，在催化剂的作用下，将NO_x还原成N₂和H₂O。目前，V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂催化剂在燃煤发电厂中应用最为广泛。V₂O₅是催化剂的活性中心，WO₃和MoO₃是非常好的功能助剂，可以提高催化剂的催化活性、热稳定性以及抗硫能力。TiO₂是极佳的催化剂载体，可以使活性中心和助剂在载体表面分散均匀，同时可以增强催化剂的抗硫能力。但V₂O₅-WO₃/TiO₂系列催化剂存在脱硝温度偏高,脱硝温度窗口较窄(300-400℃)等缺点。当利用V₂O₅-WO₃/TiO₂系列催化剂脱除燃煤火电厂氮氧化物时，SCR装置布置于省煤器和除尘器之间而此段烟气中含有大量飞灰,易造成催化剂的堵塞、中毒和失活,导致催化剂的使用寿命降低。同时,钒为有毒物质,其在使用过程中会发生部分脱落或升华,对人体和环境造成伤害。

而低温SCR催化剂是安装于脱硫装置之后，因此催化剂工作于低尘低硫环境中，很好地避免了飞灰对催化剂的磨损和SO₂对催化剂的毒化，催化剂的使用寿命大大延长。

过渡金属氧化物是当今世界上研究最多的低温脱硝催化剂，铈、铁、铬、锰等金属氧化物以及其复合氧化物是目前研究的重点。而其中锰氧化物(MnO_x)的种类较多，Mn的价态变化较广，包括+2、+3、+4等价位以及一些非整数等价位，不同价态的Mn之间能相互转化而产生氧化还原性，能促进NH₃选择性还原NO从而促进SCR反应的进行，从已有的研究结果来看，相对于其它过渡金属，锰基催化剂在低温SCR领域显示出优越的性能，虽然锰基脱硝催化剂的低温活性较高，但其抗硫耐水性能较差，有待进一步提高。

介孔二氧化硅具有比表面积大、孔径均一、表面易修饰、热稳定性高等特性因而在催化、分离等领域展现出独特的优势。作为介孔二氧化硅的一种，KIT-6介孔分子筛具有立方孔结构以及开放有序的孔道。以其为催化剂载体可以使活性金属位点高度分散从而显著提高催化剂的活性和热稳定性。

电气石具有一系列优异的物理化学性质，如自发极化性、远红外线辐射和释放负离子等特性，使其在催化领域得到广泛的应用。电气石的自发极化作用在低温脱硝催化剂制备过程中，能起到细化晶粒的作用，同时电气石的加入可减小前驱物之间的聚集作用，进一步影响后续焙烧等晶体形成过程中晶粒尺寸及生长，有效地降低了颗粒的团聚现象，提高催化剂的分散性。并且电气石对气体具有吸附作用，能够提升反应气体在催化剂表面的吸附能力，其红外辐射作用能起到活化气体分子的作用，从而可以提高催化剂的催化效率。

本发明选用KIT-6介孔分子筛做为锰基复合催化剂载体，提升锰基复合催化剂比表面积，使活性位点良好的分散在载体KIT-6介孔分子筛表面及孔道内，利于反应气体的吸附。并且向负载型Mn锰基复合氧化物催化剂中添加铁电气石，一方面，利用电气石的自发极化作用对液相中离子进行吸附，会对晶体的生长过程起到控制作用，从而避免活分组分烧结团聚，使活性组分在载体上分散良好。另一方面，通过Fe元素的掺杂提升Mn锰基脱硝催化剂的抗硫耐水性能。

发明内容