[发明专利]抗碱金属与重金属中毒的离子交换型蒙脱土基脱硝催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种离子交换型蒙脱土基脱硝催化剂及其制备方法，该催化剂具备优异的抗碱金属与重金属中毒的性能。该脱硝催化剂主要通过稀酸对蒙脱土原矿进行改性，并将溶胶‑凝胶法制得的二氧化钛前驱体加入酸改性的蒙脱土悬浮液中，经过高温煅烧获得二氧化钛柱撑的蒙脱土催化剂。最后通过离子交换法将活性金属离子交换到柱撑后的蒙脱土上从而得到催化剂。本发明中的催化剂具有原料价格低廉、制备方法简单、脱硝性能优异、抗烧结能力强和抗碱金属与重金属中毒性能好等优点，可用于生物质燃料锅炉、燃煤电厂、玻璃厂、垃圾焚烧厂等含碱/重金属飞灰的固定源烟气脱硝。

技术领域

本发明涉及一种脱硝催化剂及其制备方法，特别是涉及一种离子交换型蒙脱土基脱硝催化剂及其制备方法，应用于环境保护中氮氧化物控制与净化技术领域。

背景技术

燃煤烟气中产生的氮氧化物(NO_x)，包括NO、NO₂、N₂O，对人类和生态系统危害极大，可引起城市烟雾、酸雨、臭氧耗竭，仍是当今主要的环境问题之一。目前，工业上主要通过选择性催化还原(SCR)技术减少固定源NO_x的排放，以V₂O₅-WO₃/MoO₃-TiO₂为商业脱硝催化剂，使其转变成为氮气和水。虽然钒基催化剂具有高活性，但其缺点仍然明显，如生物毒性、高SO₂氧化为SO₃活性、温度窗口窄(300～400℃)等。

最近几年，由于CeO₂杰出的储氧能力和优异的氧化还原性能，Ce基催化剂作为可能替代V基商业催化剂的催化剂而被广泛研究。其中，以蒙脱土(MMT)为载体的CeO₂/MMT负载型催化剂，由于材料来源广泛，成本低廉而日益受到关注。但是该催化剂仍然存在一定的缺点，如负载在蒙脱土表面的CeO₂高温下容易烧结，导致活性组分发生团聚，影响催化剂性能；蒙脱土本身并不具备很强的酸性，单纯以蒙脱土作为载体性能较差。同时，工业烟气中的碱/重金属(K、Na、Ca、As、Pb等)会占据催化剂上的酸性位，减少氨的吸附，对于SCR催化剂具有毒化作用，使催化剂活性降低。而负载型催化剂由于活性组分位于载体外表面，极易受到碱/重金属离子攻击而引发催化剂失活。因此，开发一种价格低廉、中低温活性优异、抗烧结、抗碱/重金属共中毒的脱硝催化剂具有重要意义。

CN106423192A公开了一种以层状蒙脱土为载体，选取不同金属进行层间柱撑，同时负载γ-MnO₂作为活性组分的低温脱硝催化剂。然而该催化剂制备过程中使用MnSO₄·H₂O和(NH₄)₂S₂O₈反应得到活性组分γ-MnO₂，不能排除硫酸根残留对催化剂活性产生的影响。同时，该催化剂未经煅烧得到，在中高温反应过程中活性组分会出现烧结甚至晶型转变过程，稳定性不好。此外，该催化剂活性组分暴露于载体表面，受流动气中碱/重金属的毒化较为严重，该发明专利中未涉及这方面的研究。CN102225335A涉及一种烟气脱硝催化剂及其制备方法，催化剂活性组分铜的负载量以CuO计为5～10wt％，助剂铈的负载量以CeO₂计为1～2wt％。但其主要采用负载的方式制备该催化剂，催化剂的比表面积低，且酸性位点不够，仅在较低空速下研究了催化剂的脱硝性能，并未涉及碱/重金属中毒后催化剂的活性。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种抗碱金属与重金属中毒的离子交换型蒙脱土基脱硝催化剂及其制备方法，本发明通过酸处理和柱撑改性使得蒙脱土的比表面积和表面酸性位点大大增加，通过离子交换的方式将活性组分交换到蒙脱土层间离子交换位点使得活性组分不易烧结，获得一种原料价格低廉、制备方法简单、脱硝性能优异、抗烧结能力强和耐碱/重金属性能好的脱硝催化剂。本发明开发的催化剂在保证催化剂优良中低温活性的基础上，同时增强了催化剂抗碱/重金属性能，能够极大延长催化剂在固定源烟气脱硝中的使用寿命。