[发明专利]一种铜掺杂的硫化铈基纳米晶脱硝催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种铜掺杂的硫化铈基纳米晶脱硝催化剂的制备方法。所述方法首先是在水浴条件下，将聚苯乙烯球超声分散液加入到70～80℃的水中，按Cu和Ce的摩尔比为3～15:100，搅拌加入硝酸铈和硫酸铜的混合溶液，混合均匀后加入乌洛托品溶液，搅拌反应完全，反应结束后冷却，水洗，乙醇洗，烘干，研磨成粉末，以3～5℃/min的升温速度，将粉末置于500～600℃下煅烧，得到铜掺杂的硫化铈基纳米晶脱硝催化剂。本发明中，Cu的掺杂和硫酸盐的引入提高了催化剂NH₃‑SCR反应活性和抗水抗硫性能，制备出的Cu‑Ce(S)脱硝催化剂不仅具有优异的脱硝能力，还具有优异的抗水硫能力，受水汽和SO₂的影响很小，在水硫条件下活性可达到95％以上。

技术领域

本发明属于催化剂制备领域，涉及一种铜掺杂的硫化铈基纳米晶脱硝催化剂的制备方法。

背景技术

选择性催化还原(SCR)技术是指在催化剂存在下向烟气中喷入还原剂，使其选择性地与NO_x反应生成无毒无污染的N₂和H₂O。CeO₂因其价格低且相对无毒，在SCR技术中被广泛应用。CeO₂最重要的性质是作为储氧源，在氧化和还原条件下，通过氧化态Ce(Ⅳ)和Ce(Ⅲ)的改变达到储存和释放氧气的目的。铈基化合物表面的Ce(Ⅳ)/Ce(Ⅲ)具有氧化还原活性，能够促进NH₃与NO_x进行SCR反应，完成氧化还原循环过程，实现NH₃快速活化还原NO_x的过程，并表现出较高的N₂选择性。

Yang等探讨了以SO₂处理为硫酸化的方法对CeO₂催化剂脱硝性能的影响。通过硫酸化处理，催化剂表面生成大量酸位，促进催化剂对NH₃的吸附作用。NH₃-SCR反应在硫酸化CeO₂催化剂上快速进行，NO_x转化率和N₂选择性保持在较高水平(Yang S,etal.Novel effect of SO₂ on the SCR reaction over CeO₂:Mechanism andsignificance[J].Applied Catalysis B:Environmental,2013,136-137:19-28.)。Wu等通过溶胶-凝胶法合成了铜改进的氧化铈-氧化钛(CuCeTi)催化剂。CuO和CeO₂的协同作用提高了活性组分的分散性和表面氧的含量，进而增强了低温SCR活性。当温度高于200℃，CuCeTi催化剂的NO转化率超过90％(Xu W,et al.Selective catalytic reduction of NOby NH₃ over a Ce/TiO₂ catalyst[J].Catalysis Communications,2008,9(6):1453-1457.)。虽然该催化剂具有优异的SCR活性，但在水汽和SO₂同时存在的情况下SCR活性下降到原有活性的80％。

NH₃-SCR催化剂的工业化应用不仅需要满足NO_x脱除率，也要具备抵抗烟气中复杂成分(如水汽，SO₂等)中毒的能力，并需要保持较长时间的催化剂使用寿命。烟气中的水和二氧化硫对催化剂会产生毒化影响。水在烟气中以水蒸气的形式出现，凝结在催化剂表面的水蒸气，不仅会加剧K、Na等碱金属可溶性盐对催化剂的毒化，而且在温度增加的时候，会汽化膨胀，损害催化剂细微结构，导致催化剂的破裂。脱硝活性下降的主要原因是水蒸气与NO和NH₃在催化剂表而发生竞争物理吸附。然而水蒸气对催化剂的抑制作用是可逆的，当水汽消失时，催化剂的活性又会恢复如初。因此，如何制备出一种既具有优异NH₃-SCR活性且具有良好抗水硫能力的脱硝催化剂是迫切需求的。

发明内容