[发明专利]具有三维多级孔道结构的蜂窝式SCR脱硝催化剂及制备方法

说明书

本发明公开了具有三维多级孔道结构的蜂窝式SCR脱硝催化剂，包括下列重量份的原料制备而成：二氧化钛80～100、纸浆棉1～2、多壁碳纳米管0.1～0.5、炭黑0.5～2.5、二氧化硅1～3、玻璃纤维5～10、偏钒酸铵1～3、偏钨酸铵5～10、六水合硝酸铈5～10、单乙醇胺5～15、羧甲基纤维素1～2、环氧乙烷为1～2、乳酸5～15、硬脂酸1～2、氨水15～25、去离子水30～50。本发明还公开制备具有三维多级孔道结构的蜂窝式SCR脱硝催化剂的方法，所制备的催化剂具有三维有序彼此连通的孔网络和介孔结构，提高了耐压强度的同时，维持了其大比表面积的特性。

技术领域

本发明属于工业脱硝技术领域，具体涉及具有三维多级孔道结构的蜂窝式SCR脱硝催化剂及制备方法。

背景技术

作为去除燃煤烟气中氮氧化物的干式脱硝技术，选择性催化还原脱硝法被广泛采用，它使用氨作还原剂，使烟气中的NO及NO₂通过催化剂层后还原生成N₂和H₂O，达到脱除烟气中NO_x的目的。催化剂多数采用以TiO₂为载体、V₂O₅、WO₃为活性组分的多孔介质，具有高脱硝率、选择性好、运行稳定、温度适中等诸多优点，故一直备受国内外研究人员的青睐。其核心问题在于催化剂的研制、开发及改进。

目前，燃煤电厂脱硝布置方式主要使用高尘布置式，通过的烟气粉尘大，容易使得催化剂床层堵塞而产生高压；另外，催化剂在使用过程中会经过装车、撞击、烟气中颗粒物的磨损等消耗，因此，在实际应用中，除了要保证催化剂的活性以外，更重要的是考虑它的实用性，如机械强度、孔隙率等性能。在催化剂的活性温度范围内，脱硝效率随着比表面积的增大而增大，催化剂孔隙率的提高会在一定程度上提升其比表面积。但是，在高孔隙率条件下，很难制备出高强度的催化剂。因此，如何制备高孔隙率，且有一定机械强度的蜂窝式脱硝催化剂仍然是目前亟待解决的问题。

蜂窝式脱硝催化剂的成型工艺和造孔剂的使用直接影响其机械强度和孔隙率，所以需对成型工艺进行优化。目前，一些研究人员通过调节挤出压力和造孔剂的加入量及种类，可以制备出高孔隙率和多级孔结构的蜂窝式脱硝催化剂，既提升了机械强度，又能减少催化剂用量。因此，通过调节孔结构来调控催化剂的机械强度和脱硝效率是很有效的一种方法。

催化剂的吸附能力对脱除NO_x的效率有着巨大的影响，吸附能力最直接的关联因素是催化剂的微观结构。一个良好的微观结构意味着催化剂有更大比表面积，更多的微孔结构，合适的孔径分布和快速的传质速率，增加其对气体分子的吸附量，进而提高脱硝性能。然而，当比表面积增大时，催化剂内的微孔数增多，平均孔径下降，对气体在催化剂中的扩散不利。因此，催化剂的孔结构对脱硝过程的影响取决于当孔结构变化时，分别对气体扩散及化学反应过程的影响程度。三维多级孔道结构能大大增加材料的比表面积、孔的利用率，达到提高气体在孔隙中的扩散速率而增强脱硝效果。多级孔道结构的材料也能减少大分子造成的孔道堵塞和提高扩散效率，介孔或者微孔孔道作为反应物的反应空间，反应物在大孔体系以很小的压力降就可快捷的接近活性位，同时使产物可及时脱离而中止反应。目前，将三维多级孔道结构引入蜂窝式脱硝催化剂研究还未见文献和专利报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何通过改造蜂窝式脱硝催化剂的微观孔结构、孔特性，调控其宏观性能，从而制备出高孔隙率，且有一定机械强度的蜂窝式脱硝催化剂。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

具有三维多级孔道结构的蜂窝式SCR脱硝催化剂，包括下列重量份的原料：二氧化钛80～100、纸浆棉1～2、多壁碳纳米管0.1～0.5、炭黑0.5～2.5、二氧化硅1～3、玻璃纤维5～10、偏钒酸铵1～3、偏钨酸铵5～10、六水合硝酸铈5～10、单乙醇胺5～15、羧甲基纤维素1～2、环氧乙烷为1～2、乳酸5～15、硬脂酸1～2、氨水15～25、去离子水30～50。