[发明专利]一种Fe‑M/CNTs脱硝催化剂、制备方法及其在氨选择性催化还原氮氧化物中的应用

说明书

技术领域

本发明属于环境催化净化技术领域，涉及一种Fe-M/CNTs脱硝化剂、制备方法及其在氨选择性催化还原氮氧化物技术中的应用。

背景技术

氮氧化物主要来源于燃煤电厂烟气和机动车尾气排放，其在大气中的转化会造成雾霾、光化学烟雾、酸雨等一系列环境污染问题，威胁人体健康。在众多氮氧化物去除技术中，氨选择性催化还原氮氧化物(NH₃-SCR)技术具有脱硝效率高，二次污染小，反应能效低等优势被广泛应用。因为可以有效避免高浓度硫氧化物与粉尘的冲击、延长催化剂使用寿命，低灰段的布控方式被越来越多地采用，这要求催化剂具有良好的中低温活性，并且具备抗烟气中低浓度硫氧化物和水汽冲击能力。商业上应用广泛的V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂类催化剂中低温催化效果不理想，且V₂O₅具有一定生物毒性，因此，开发具有良好中低温脱硝效果的环境友好型催化剂成为研究热点。

铁氧化物一直是SCR催化剂研究领域比较受关注较的一类催化活性中心，其来源广泛，绿色低廉，但是在中低温区间段内催化效果并不是十分理想。为了满足现阶段对于中低温SCR催化剂的需要，越来越多的研究者采用助剂来提升铁基催化剂的低温活性，同时也将目光聚焦于新型催化剂载体的应用。其中，具有高度有序的一维中空管状结构的“超级纤维”碳纳米管(CNTs)备受关注。碳纳米管化学性质稳定具有较大的比表面积，其特殊的卷曲结构使其表面存在较多的电子移动，并具有一定的限域效应，这些性质均有利于促进活性中心位点与载体之间的相互作用，促进催化反应过程的进行。Qu等采用有机溶剂沉淀和浸渍法制备的Fe₂O₃/CNTs催化剂(CN103506121A；Zhenping Qu,Lei Miao,et al. Chem.Commun.2015,51:956-958)表现出了良好的低温催化活性：225-300℃具有90％以上的NO_x转化率，但是该催化剂在抗SO₂冲击能力不佳，可操作温度窗口较窄。向催化剂中加入一定的助剂可以有效改善催化剂表面性质，其中钼氧化物(MoO_x)和钨氧化物(WO_x)对调节催化剂结构，增强催化剂表面的化学性质十分有效。Hongliang Zhang等人(Hongliang Zhang,Changjin Tang,et al.Micropor. Mesopor.Mat.2012,151,44–55)将MoO_x掺杂于Fe/SBA-15催化剂表面，发现 Mo的加入对催化剂形成高度有序的介孔结构十分有利，但是该脱硝催化剂效率较低，400℃仅达到60％的NO_x转化率；Jixing Liu等(Jixing Liu,et al.Appl.Catal. B:Environ.2016)将MoO_x掺杂到Fe/Beta催化剂中，并加入了一定量CeO₂制备了具有核壳形貌的MoFe/Beta@CeO₂催化剂，在250-500℃具有90％以上的脱硝效率，N₂选择性达90％以上；但是其制备过程复杂，并且需要使用有机溶剂，易造成污染，而且这种核壳结构稳定性差、易坍塌。也有研究采用钨氧化物(WO_x) 对铁基催化剂进行修饰调控，HuiWang等(Hui Wang,Qu Zhenping,et al.Environ. Sci.&Techno.2016,50,13511-13519)采用共沉淀法制备得到热稳定性高的铁-钨复合氧化物催化剂，在250-400℃具有90％以上的脱硝效率与N₂选择性。