[发明专利]一种荷叶源生物炭负载金属氧化物的低温SCR烟气脱硝催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明属于环境保护与环境催化领域，具体涉及一种荷叶源生物炭负载金属氧化物的低温SCR烟气脱硝催化剂及其制备方法与应用。本发明是通过对典型的农业废弃物荷叶进行酸改性处理后绝氧焙烧制得生物炭材料，以酸改性的荷叶生物炭为载体，MnO_x为活性组分，以CeO_x为助催化剂，获得基于荷叶源生物炭的低温烟气脱硝催化剂。采用化学改性后制得的生物炭具有较高的比表面积，而且通过MnO_x、CeO_x和荷叶源生物炭之间的相互作用，提高了催化剂的脱硝活性；在以氨为还原剂，温度为225℃时催化剂的SCR活性可接近90％。

技术领域

本发明属于环境保护与环境催化领域，具体涉及一种荷叶源生物炭负载金属氧化物的低温SCR烟气脱硝催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

氮氧化物(NO_x)是主要的大气污染物之一。除直接危害人体健康外，还是生成臭氧的重要前驱体物之一，也是形成区域灰霾和细粒子等污染的重要原因。氮氧化物主要来源于化石燃料的燃烧，据统计，全国工业氮氧化物排放量的66.7％来自于电力、热力生产和供应业，是我国氮氧化物的排放大户，其中火电行业氮氧化物贡献值最大，因此，电力行业是我国控制氮氧化物排放的重点领域。在众多氮氧化物污染控制技术中，选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术成熟有效，在燃煤电厂烟气净化过程中广泛应用。

催化剂是SCR烟气脱硝技术的关键，目前商业用SCR催化剂主要为V₂O₅–WO₃(MoO₃)/TiO₂系列催化剂，其活性温度窗口为300-400℃，由于所需的温度较高，SCR脱硝装置一般置于除尘和脱硫装置之前，因而催化剂易受到粉尘的冲刷和堵塞，寿命降低。而将脱硝装置置于除尘和脱硫装置之后时，则需要加装烟气预热装置以满足催化活性的要求。与之相比，低温SCR催化剂可以在低于300℃下工作，因此装备有低温SCR催化剂的脱硝装置可以直接安装在除尘和脱硫装置之后，具有较好的经济效益。

生物炭，又称生物质炭，是指对生物质原料(木材、草、玉米秆、麦秆、种壳、粪便、树叶等)进行处理，将部分生物质转化为油气后剩余的炭产物，产生具有高度芳香性的多孔固体颗粒物质。生物炭产物具有丰富的孔结构，比表面积大，表面含氧活性基团多的特点，是一种环境友好型的多功能材料。相对于其他炭材料，以农业废弃物为主的生物质材料为原料制备的生物炭具有来源广泛，环境友好，成本低廉等特点，在环境修复领域具有巨大的应用前景。本发明充分利用农业废弃物制备生物炭，以生物炭为载体，可以负载活性组分(锰氧化物和铈氧化物)，并且利用活性组分与生物炭之间的相互作用使催化剂具有良好的低温SCR活性和稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种荷叶源生物炭负载金属氧化物的低温SCR烟气脱硝催化剂及其制备方法与应用，本发明制备的催化剂可使SCR脱硝系统在低温下高效脱除烟气中的NO_x。

一种荷叶源生物炭负载金属氧化物的低温SCR烟气脱硝催化剂，其组成为：在经酸改性的荷叶源生物炭(LBC)上，负载活性组分MnO_x、助催化剂CeO_x，构成催化剂MnO_x-CeO_x/LBC；所述MnO_x-CeO_x/LBC催化剂中，MnO_x的质量为LBC质量的5％-20％，而CeO_x的质量为LBC质量的3％-10％。

一种荷叶源生物炭负载金属氧化物的低温SCR烟气脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)荷叶的预处理：

以荷叶为原料，将荷叶烘干后用粉碎机进行粉碎，称取一定量粉碎后的荷叶，使用硝酸溶液对生物质原料进行浸渍处理，控制浸渍过程中酸与原料质量比例后与50mL去离子水混合，搅拌均匀2h后浸渍过夜；