[发明专利]一种生物基低温脱硝催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物基低温脱硝催化剂及其制备方法，将0.01~0.04份的纳米纤维素溶入离子液体中，加入2~6份金属化合物和10~50份低共熔溶剂，于100~220℃下溶剂热反应12~96 h，稀释、洗涤、过滤反应混合物，所得沉淀经干燥后得生物基低温脱硝催化剂；所述的金属化合物为锰、铈和锆金属混合化合物。本发明中的锰铈锆复合金属氧化物，活性组分为MnO_x、CeO₂、Ce₂Zr₂O₇和ZrO₂，比单一氧化物低温脱硝效率更高，且具有较好的抗水抗硫性和较高的N₂选择性。本发明利用纳米纤维素作为复合金属氧化物的天然模板剂和分散介质，低共熔溶剂作为反应溶剂，有效防止颗粒团聚，得到的低温NH₃‑SCR脱硝催化剂比表面积大、活性组分分散性好，合成方法简单、成本低。

技术领域

本发明属于功能性纤维素基有机-无机纳米杂化材料技术领域，尤其涉及一种生物基低温脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术

随着工业化水平不断提高，大气污染越来越受到人们重视，其中氮氧化物（NOx）的大气污染问题尤其不容小觑，其不仅危害人类健康，而且会引起光化学烟雾、引发高含量硝酸雨、减少臭氧层空洞等一系列环境问题。目前几乎所有的NOx来自于火力发电厂和工业锅炉，在众多固定源NOx脱除方法中，因具有二次污染小、净化效率高、技术成熟等优势，氨气选择性催化还原法（NH₃-SCR）已成为市场主流的一种烟气脱硝技术。但传统的脱硝催化剂活性温度在573K~673K之间，往往直接应用于燃烧过后较高温度的氮氧化合物，而烟气中的粉尘和SO₂会堵塞和覆盖催化剂活性位点。为了将SCR装置置于脱硫除尘装置之后，开发低温(423K)SCR催化剂十分必要。

过渡金属锰的氧化物(MnO_x)在氨气脱硝反应系统具有较高的低温催化活性，但其自身结构不稳定，且储氧性能、抗硫性和N₂选择性差，而且在实际应用过程中，反应气氛中存在的SO₂和H₂O容易造成催化剂中毒失活。此外，锰基氧化物催化剂的制备方法主要为液相法，包括共沉淀法、溶胶凝胶法和水热法等，而液相法制备的催化剂大多需要高温锻烧,粉体结晶度偏低、粒径不均匀且易团聚。此外，催化剂的比表面积、活性组分分散效果对其脱硝效率有重要影响。

生物质材料中纳米纤维素是一种具有优良性能和特殊结构的新型天然高分子材料，其主要来源于植物，分布广、可再生、无污染，在食品、医药、生物等领域广泛应用。另外，纳米纤维素具有比表面积大和富含羟基的特性，能够提供充足的传质面积和负载量；可以通过简单的虎穴修饰形成化学键或者提高分子间相互作用力，具有良好的力学强度、热稳定性及化学稳定性。

目前，关于生物基纳米纤维素催化剂及其在SCR脱除氮氧化物中的应用还未见报道，本发明提供一种生物基脱硝催化剂及其制备方法，所得产物比表面积大、低温脱硝催化性能高，且该方法不需要商业模板剂和后期高温煅烧处理，合成方法简单、成本低、环境友好。

发明内容

针对现有技术中存在的脱硝催化剂脱硝温度高、催化剂比表面积小、催化效率低、抗硫性和N₂选择性差、成本高的问题，本发明提供了一种生物基低温脱硝催化剂及其制备方法，该催化剂利用纳米纤维素作为锰、铈、锆复合金属氧化物的天然高分子模板和分散介质，所得催化剂比表面积大、活性组分分散性好、脱硝催化性能高，且该方法不需要商业模板剂和后期高温煅烧处理，合成方法简单、成本低、环境友好。

本发明通过以下技术方案实现：

一种生物基低温脱硝催化剂，通过以下方法制备得到：将0.01~0.04份的纳米纤维素加入离子液体中，混合均匀后加入2~6份金属化合物和10~50份低共熔溶剂，于100~220℃下溶剂热反应12~96 h，稀释、洗涤、过滤反应液，沉淀经干燥后得生物基低温脱硝催化剂；