[发明专利]一种高抗硫性能的纳米线气凝胶脱硝催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及包含金属或金属氧化物或氢氧化物的催化剂技术领域，公开了一种高抗硫性能的纳米线气凝胶脱硝催化剂及其制备方法，脱硝催化剂为由金属复合氧化物组成的纳米线气凝胶。本发明中，采用纳米线气凝胶作为脱硝催化剂，纳米线的特殊结构会削弱硝酸盐物种在催化剂上的吸附能力，为NH₃吸附提供更多的活性位点，促进NH₃的吸附活化，有效抑制了SO₂在催化剂上的吸附，使催化剂在SO₂存在下仍能表现出较高的催化活性。催化剂不仅疏松多孔、分散性能好、比表面积大，而且加工装填均极为便利。本发明中，以硫酸根离子和硫代硫酸根离子作为纳米线各向异性生长促进剂，经水热反应一步反应制成催化剂，制备工艺极为简单。

技术领域

本发明涉及包含金属或金属氧化物或氢氧化物的催化剂技术领域，特别是涉及一种高抗硫性能的纳米线气凝胶脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术

随着人类社会生产力的发展，对能源的需求量也越来越高，能源使用过程中往往伴随着氮氧化物的产生，包括化石燃料中的氮元素的释放的氮氧化物、高温环境下空气中氮气与氧气反应产生的氮氧化物、放电时被击穿的空气中氮气与氧气反应产生的氮氧化物。这些氮氧化物引发酸雨、光化学烟雾，严重危害人类健康。

目前比较成熟的脱硝手段为采用氨气或尿素催化还原氮氧化物，而最常用的脱硝催化剂为钒基催化剂，也即以V₂O₅为活性组分，以WO₃为助剂，以TiO₂为载体的催化剂，其广泛应用于电力行业和汽车尾气处理。然而，钒基催化剂具有操作窗口窄(300-400 ℃)、耐碱性差和V₂O₅具有生物毒性等缺点。此外，即使脱硝装置置于脱硫和除尘装置之后，烟气中仍然存在少量的SO₂，催化剂在含SO₂的烟气中会生成(NH₄)₂SO₄/NH₄HSO₄和金属硫酸盐会阻塞和破坏活性中心，从而导致催化剂失活。

钒基催化剂并非唯一可用的脱硝催化剂，活性组分只要具备多个容易相互转换的价态，即可起到催化作用。Mn、Co、Ce、Fe、Cu等多种过渡金属氧化物都能起到催化作用，且所需的反应温度更低，并被称作低温SCR催化剂。但低温SCR催化剂同样存在制约其应用的问题，其催化活性会因SO₂而严重下降，且制备工艺复杂（需要将活性组分加到载体上）。

发明内容

本发明提供一种高抗硫性能的纳米线气凝胶脱硝催化剂及其制备方法。

解决的技术问题是：目前的脱硝催化剂中，钒基催化剂有毒且需要的温度高，低温SCR催化剂易催化活性会因SO₂而严重下降，且制备工艺复杂。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种高抗硫性能的纳米线气凝胶脱硝催化剂，所述脱硝催化剂为由金属复合氧化物组成的低温SCR催化剂，并用于以氨或尿素为还原剂的脱硝装置；具体为由金属复合氧化物组成的纳米线气凝胶。

进一步，所述金属复合氧化物中的金属元素中，包括起到活性中心作用的金属元素，记作活性元素；以及起到助剂作用的金属元素，记作助剂元素；所述活性元素为Mn、Co、Ce、Fe或Cu中的一种；所述助剂元素为过渡金属元素以及稀土金属元素这两大类金属元素中的一种或多种。

进一步，所述活性元素为Mn，所述助剂元素为Fe、Co、Ce、Ni或Zr中的一种。

进一步，所述纳米线气凝胶中的纳米线结构为贯通空腔纳米线。

一种高抗硫性能的纳米线气凝胶脱硝催化剂的制备方法，用于制备上述的脱硝催化剂，并包括以下步骤：