[发明专利]一种具有抗硫性能的催化氧化NO的催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种具有抗硫性能的催化氧化NO的催化剂及其制备方法和用途，所述抗硫催化氧化NO的催化剂为经硼酸改性的活性炭，其中硼的质量含量为0.01‑2％。该催化剂是将硼酸的水溶液和活性炭粉末混合后进行旋转蒸发、氮气气氛下煅烧、冷却而获得。本发明中所述的制备方法工艺流程简单，操作简便，成本低廉，易于大批量生产；所需的原料清洁环保，无有害物质，不产生二次污染，符合绿色化学的理念；制备得到的改性活性炭用于NOCO时具有良好的抗硫性能，活性时间相比改性前延伸了25～300％。

技术领域

本发明涉及工业废气处理领域，尤其是一种具有抗硫性能的催化氧化NO的催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

近年来大气中的氮氧化物污染受到了广泛关注，被认为是光化学烟雾、温室效应、雾霾、臭氧层破坏等环境问题的重要成因之一。随着国民经济的高速发展，我国化石燃料消耗量逐年攀升，伴生的氮氧化物排放量激增的问题亟待新的脱除方法加以解决。一氧化氮催化氧化(NO Catalytic Oxidation，NOCO)辅以碱液吸收脱出的技术由于其廉价、绿色和具有持久转化效率受到了越来越多的关注，为开发新的脱硝技术提供了支撑。

NOCO的原理在于利用金属氧化物、分子筛和多孔碳材料等催化介质将烟气中稳定存在的低浓度NO催化氧化为二氧化氮(NO₂)，此后不溶于水的NO在与NO₂结合后即可生成易溶于水的N₂O₃从而得到脱除。该技术的核心在于高效且廉价的催化剂的开发。在众多可用于NOCO的催化材料中，活性炭材料相比于金属氧化物、分子筛催化剂和高端碳材料，由于其制造工艺简单，成本相对低廉，低温条件下催化活性好而被认为具有良好的应用前景。但活性炭在含硫烟气的作用下极易中毒，从而丧失NOCO的活性，因此需要对活性炭进行改性来提升其抗硫的性能。现有的关于提升活性炭在NOCO过程中抗硫性能的研究十分有限，目前仍没有可供借鉴的解决方案。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的催化剂在NOCO过程中容易因含硫气体而失活，提供一种具有抗硫性能的催化氧化NO的催化剂，其与未改性的活性炭相比，抗硫性能提高25～300％。

本发明还提供具有抗硫性能的催化氧化NO的催化剂的制备方法，其工艺过程可简要描述为：首先将真空干燥的活性炭在硼酸溶液中超声浸渍，再对硼酸溶液和活性炭进行旋转蒸发，实现硼酸固体在活性炭表面和孔道的均匀分布；将旋蒸后得到的固体进行氮气气氛下的高温煅烧，制备出硼掺杂的改性活性炭，具有低温催化氧化NO下良好的抗硫性能。

本发明还提供具有抗硫性能的催化氧化NO的催化剂中，硼(B)原子由于具有比碳(C)原子更低的电负性，可以降低与其相结合的C活性位点对极性物质如SO₂的结合能力，可用于活性炭的掺杂，以提高其低温NOCO时的抗硫性能。

发明人的研究显示，活性炭在含硫烟气的作用下中毒的原因主要包括催化活性位点的破坏和纳米孔道的堵塞。NO在活性炭内部时经由炭表面催化位点的结合和纳米孔道的浓缩效应，分别提升了表面的分散度和孔道内的局部浓度，从而以表面催化氧化和气相直接氧化的形式转化为NO₂。由于SO₂分子的极性高于NO₂分子的极性，所以当烟气中含有SO₂时，其会优先于炭表面的活性位点结合，且难以在常温下脱附，从而占据活性位点并堵塞纳米孔道，导致NOCO无法继续进行。

用于NOCO的催化材料与常规的吸附有机气体的材料相比，具有更高的表面氧化程度和特定的纳米孔径分布。由于NO₂的化学性质较NO更为活泼，易与活性炭表面的缺陷和还原性基团结合，使得催化材料展现出更高的表面氧化态。为了使活性炭具有更好的初始催化效果和反应稳定性，需要在制备过程中增加其表面的氧化性基团。发明人的研究显示，活性炭中0.6～0.7nm的微孔具有优异的NOCO活性，通过相应的孔道调节工艺可以显著提升催化材料的性能。