[发明专利]一种纳米锰基氧化物低温脱硝催化剂及其应用

说明书

本发明公开了一种纳米锰基氧化物低温脱硝催化剂及其应用，属于化学工程和环境保护领域。该催化剂为采用低温固相氧化还原法合成的一种纳米级、大比表面积锰基氧化物，组分构成为镍与锰的摩尔含量比为0.001:1～2:1；其制备方法：以镍盐、锰盐为前驱体，进行固相研磨混合均匀后，在反应炉中一定温度下反应适当时间，固相残余物经洗涤、干燥后得到黑色固相产物，经过研磨、筛分得到成品SCR催化剂；本发明制备的锰基氧化物催化剂，制备过程废水产生量低。将该催化剂用于烟气脱硝，低温脱硝效率高；在100～200℃，常压，30000ml/g·h空速下，混合气中的NO转化率可达到99％以上或100％；在更大空速下，200℃时也能保持98.6％的NO转化率。

技术领域

本发明涉及化学工程和环境保护领域，具体涉及一种大气污染物治理技术领域所使用的催化剂及其应用，更为具体地说，是涉及一种通过固相界面反应方法制备的复合金属氧化物新型高效催化剂，用于低温烟气选择性催化还原脱硝(NH₃-SCR)效果好。

背景技术

NOx对人类健康，还是生态环境都有极大的破坏作用。比如造成人的呼吸系统，神经系统的损伤；造成臭氧层空洞，光化学烟雾以及酸雨等问题。随着国家对环保事业的重视，针对不同行业发布了其行业大气污染物排放标准。由于化石燃料的燃烧，高温环境空气中N₂氧化以及相关化工行业排放， NOx的来源广，排放量大。但总体上可将其分为两类，移动源排放NOx和固定源排放NOx。

现阶段，已经采用多种控制方式相结合的方式。如低NOx燃烧技术和 NOx尾气处理相结合。低NOx燃烧技术随有一定作用，但是无法完全解决 NOx排放问题。而NOx后处理，脱出效率最高，能耗最低的就是SCR技术，目前国际脱硝技术中，90％以上应用选择性催化还原脱硝法(SCR)，其中又以NH3-SCR为主。

NH₃-SCR涉及的主要反应如下：

4NH₃+4NO+O₂→6H₂O+4N₂

4NH₃+6NO→6H₂O+5N₂

对于固定源脱硝，目前工业应用最为广泛的还是V-Ti系催化剂，其在中温(300～400℃)阶段具有较好的催化脱硝性能和良好的抗硫、水中毒性能。但其活性温区较窄，不利于在低负荷运行的燃煤电厂锅炉等具有低温要求的环境下使用，且V基催化剂易在反应过程中升华进入大气，对自然环境以及人类健康都有十分严重的危害。因此开发一种无毒低温(100～300℃) 具有较好脱硝活性催化剂，对于脱硝催化剂的工业化应用有极为重要的作用。

中国授权专利CN103537289A公布了一种低温SCR脱硝催化剂制备方法，合成原料有凹凸棒土，无水四氯化锡，就睡硝酸铁，六水硝酸铈，硝酸钡，柠檬酸，乙醇，采用酸预处理的溶胶-水热法合成了脱硝复合催化剂，其活性大于80％的温度窗口为140～260℃，最高活性点在160℃，NOx转化率在93～97％。但是其在更低温度下(100-140℃)，NO转化率低于80％，在该温度范围内的NOx脱除率达不到相关行业标准。且采用溶胶-水热合成工艺，不但过程复杂，且涉及到高温、高压操作，同时产生较多废水需要治理。

现有技术制备脱硝催化剂的技术存在明显不足：浸渍法不便于控制活性组分的分散或负载量，且存在活性组分易脱落等问题；现有沉淀法制备催化剂存在比表面积较小，制备工艺较为复杂，产生大量碱性废水难以处理。且传统方法都需要通过较高温温度下(＞300℃)焙烧将催化剂活化，耗能较高。因此发明一种制备方法简单、产生三废少、耗能低，同时具有良好低温脱硝性能的催化剂很有必要。本发明所涉及低温固相氧化还原法，不需溶剂，不用焙烧，且合成周期短，成本较低，且用该方法合成的锰基氧化物催化剂具有优异的低温脱硝催化性能。

发明内容