[发明专利]一种以碳球为模板的低温SCR催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种以碳球为模板的低温SCR催化剂及其制备方法，属于低温SCR催化剂的技术领域。本发明以葡萄糖为碳源，经过溶解，搅拌，水热处理，抽滤，干燥得到胶体碳球模板，然后将碳球模版的乙醇溶液加入到过渡金属和氮源的水溶液中进行回流先得到CSs@MO_X核壳微球，最终将CSs@MO_X核壳微球溶于Mn的溶液中，再经过加热，抽滤，真空干燥，高温焙烧得到Mn基低温SCR催化剂。本发明制备的Mn基双外壳空心球低温SCR催化剂，以碳球为模板，可有效调控催化剂的孔道结构，具有较大的比表面积，且双外壳球心结构有利于活性组分分散均匀，助剂和活性组分之间形成良好的相互作用，在较低的活性组分负载量下其催化活性比同类催化剂有了显著提高，具有良好的抗SO₂性能和催化寿命。

技术领域

本发明涉及一种以碳球为模板的低温SCR催化剂及其制备方法，属于低温SCR催化剂的技术领域。

背景技术

我国工业锅炉主要以燃煤为主，按行业分主要有燃煤锅炉、钢铁烧结机、玻璃炉窑等。近几年我国相继出台了严峻环保法规，但我国烟气排放特征复杂，氮氧化物(NOx)浓度变化大，实现超低排放的任务十分艰巨。目前，以NH₃为还原剂的选择性催化还原(SCR)是最成熟、应用最广泛的脱硝技术。该技术是在特定的催化剂条件下，用氨或脲等还原剂选择性地将NOx还原为N₂和H₂O的过程。SCR技术的关键是脱氮催化剂的选择，目前商业上的催化剂主要为V₂O₅+WO₃(MoO₃)/TiO₂,操作温度区间为300-420℃,实际运行中脱硝效率可达80％以上。然而SCR技术仍面临着一些难题：一方面我国燃煤工业锅炉燃煤品质普遍较低，烟气中常常含有大量的SO₂酸性气体和高浓度粉尘，会引起催化剂中毒，同时高浓度的飞灰又会引起催化剂的堵塞和腐蚀，降低其使用寿命；另一方面由于空间和管道的局限性，在一些电厂现有锅炉系统中安装在脱硫除尘器上方的SCR系统进行改造的费用很高。

如果能够开发出高效的低温SCR催化剂，则可以解决上述问题。同现有的SCR技术相比，低温SCR并不会增加额外的设备，反而由于其位于FGD和除灰装置之后，通过反应器的烟气具有低温、低硫和低尘的特性，对于反应器钢结构和吹灰装置的设计要求有所降低，同时因不用对烟气进行预热处理，节省了能量消耗和改装费用。

Mn基催化剂是目前低温脱硝催化剂研究的热点之一。由于Mn元素的d电子轨道处于未充满状态，可产生多种价态的锰氧化物，致使表面产生丰富的氧缺陷，在氧化还原反应中可以有效的活化氧物种。然而，纯氧化锰由于低的比表面积，差的热稳定性和抗水性等因素而限制了其工业应用价值。因此，希望通过借助高比表面积和耐热/水性能优异的其他金属氧化物来构建锰基复合氧化物来克服上述困难，这也是近些年来大家一直研究的热点。其中，专利CN101352681A公开了一种以氮掺杂活性炭为载体的低温SCR催化剂，该催化剂以氨气灼烧法制备氮掺杂活性炭载体，进一步负载Mn、V、Fe、Co、Cu金属元素中的一种作为活性组分。该催化剂中的氮掺杂活性炭载体表面的碱位点数量有利于NO和O₂的吸附量，使更多的NO氧化为NO₂；而Mn、V、Fe、Co、Cu这些金属氧化物在催化剂表面形成了大量的酸位点，从而提高了催化剂对NH₃的吸附性能，最终提高了低温SCR催化剂的脱硝活性。但该催化剂以活性炭为载体，会导致一些副反应的发生，此外其孔道的堵塞也会大大降低催化剂的使用寿命。专利CN103007952A公开了一种以铈-锆-钴三种金属氧化物构成的共溶体为载体，以MnO_X为主催化剂的烟气脱硝低温SCR催化剂，该催化剂采用共沉淀和浸渍法制备。

发明内容