CN114192138A - 一种抗水热老化低温金属氧化物催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种负载型金属氧化物脱硝催化剂及其制备方法,本发明催化剂是一种具备很好的抗水热老化能力的低温脱硝催化剂。三乙醇胺具有孤对电子及丰富羟基,可以将活性金属很好的锚定在富羟基载体上,经旋蒸、烘干和煅烧形成负载型金属氧化物催化剂。本发明催化剂低温脱硝性能优异、N2选择性较高、二次污染小、并具有很好的抗水热老化能力、价格低廉等优点,其可适用于移动源尾气氮氧化物的净化处理工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种脱硝催化剂及其制备方法,特别是涉及一种抗水热老化低温金属氧化物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
车辆的发明和使用就像一把双刃剑,不仅给人类活动带来了方便和舒适,也对大气环境造成了极大的污染。随着机动车数量的快速增长,机动车排放污染物在城市空气污染中的比例不断上升,已成为我国大气污染的主要来源之一。世界各国政府已经制定越来越严格的法规和政策来控制氮氧化物的排放以应对其严重危害。在《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》(GB 18352.6-2016)中对轻柴车在2020年和2023年NOx排放分别限定为60毫克/公里和35毫克/公里。
在机动车尾气净化处理过程中,虽然通过三效催化剂(TWCs)有效降低了汽油车中的NOx,但该技术不能应用于贫燃汽油车和柴油发动机。在柴油车运行过程中,典型的工况条件下存在过量的水蒸气和SO2,催化转化器在驱动循环中偶尔会暴露在高温条件下,因此,与传统的固定源相比,选择性催化还原(SCR)催化剂在柴油车NOx去除中的应用存在一系列的问题,如操作窗口拓宽、动态含H2O条件下的操作稳定性、低温催化活性的提高,以及由于颗粒过滤器和NOx控制系统的耦合,增加高温耐水热稳定性的必要性。传统的Cu-SSZ-13和Cu-SAPO-34沸石分子筛催化材料由于其活性窗口宽、性能稳定、对N2选择性高,已被商业化,但在水热处理过程中,其骨架稳定性仍存在一些挑战,同时沸石的造价昂贵,制备工艺繁琐,在室温条件下对水汽的存在较敏感,以及对移动源系统中微量SO2的中毒效应较显著等,这就使得国内外研究者们长期致力于能够替代传统的沸石分子筛的高效催化材料的开发。近年来,金属氧化物以其独特的热稳定性及低温性能作为潜在优势能够替代沸石分子筛催化材料应用于移动源的材料引起了大量的探索,例如CeZrWOx、CeNbZrOx、Pd@CeZrO2/Al2O3等催化剂,但相较于实际应用,这些催化剂低温性能及水热稳定性还远远达不到要求,因此,开发具有高效低温活性、高选择性、高耐水热稳定性的金属氧化物脱硝催化剂应用于移动源NOx的去除具有极强的必要性。
发明内容
为了解决现有技术问题,本发明的目的在于克服已有技术存在的不足,提供一种脱硝催化剂及其制备方法,本发明开发的催化剂在保证催化剂优良抗水热老化性能的基础上,同时增强了催化剂低温活性及氮气选择性,能够极大地提高催化剂在实际应用中的实用性。
为达到上述发明创造目的,本发明采用如下技术方案:
一种抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂,以三乙醇胺作为促进活性金属组分在载体上分散的助剂,用传统的等体积湿法浸渍工艺制备该催化剂。其中,三乙醇胺是一种水溶性有机化合物,可诱导与金属离子形成络合物,增强载体与金属离子的亲和力,从而促进金属离子的分散;所述催化剂负载的活性组分为锰、铈、铜、铁、钼、钨金属离子的单一氧化物或两种及以上的复合氧化物。本发明可采用传统的等体积湿法浸渍工艺制备该催化剂。
一种抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂,以三乙醇胺作为促进活性金属组分在载体上分散的助剂,与活性金属前驱体和溶剂混合制备,用等体积湿法浸渍工艺、煅烧工艺和水热老化处理制备该催化剂;通过三乙醇胺诱导,使三乙醇胺与金属离子形成络合物,增强载体与金属离子的亲和力,从而促进金属离子的分散;所述催化剂负载的活性组分为锰、铈、铜、铁、钼、钨金属离子的单一氧化物或两种及以上的复合氧化物。
优选地,所述载体为氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅中的至少一种。
优选地,所述活性金属元素为锰、铈、铜、铁、钼、钨中的任意一种或任意两种及以上的复合金属。
一种本发明抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂的制备方法,包括如下步骤:
a.活性金属的分散:
将分散剂溶于溶剂中,将活性金属前驱体也加入上述溶剂中,超声5~40min,得到溶液A,备用;
b.负载活性金属:
将载体加入溶剂,搅拌5~20min,得到溶液B,将溶液A逐滴加入溶液B中;剧烈搅拌12~24h,旋蒸,得白色粉末,然后使用马弗炉在400~550℃下煅烧2~5h,升温速率为2~5℃/min,从而得到产物,即为金属氧化物脱硝催化剂;
c.催化剂的水热老化处理:
将在所述步骤b中得到的金属氧化物脱硝催化剂置入马弗炉中,使用马弗炉在650~800℃下煅烧处理24~50h,在煅烧过程中通入水汽质量百分比含量为5~10%的空气,从而得到产物,即为水热老化处理后的抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂。
优选地,在所述步骤a中,所用分散剂为三乙醇胺;
优选地,在所述步骤a中,所用金属前驱体盐四水硝酸锰、六水合硝酸铈、三水合硝酸铜、九水合硝酸铁、四水合钼酸铵、偏钨酸铵溶液中的至少一种;
优选地,在所述步骤a中,分散剂与所需活性金属前驱体的活性金属的原子比为(1~4):(1~2);
优选地,在所述步骤a中,所用溶剂为去离子水、乙醇中的至少一种。
优选地,在所述步骤b中,所用载体为氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅中的至少一种;
优选地,在所述步骤b中,煅烧的升温速率为2~5℃/min;
优选地,在所述步骤b中,煅烧时间为2~5h;
优选地,在所述步骤a中,所用溶剂为去离子水、乙醇中的至少一种。
优选地,在所述步骤c中,水热老化处理气氛中的水汽质量百分比含量为5~10%;
优选地,在所述步骤c中,水热老化处理的时间为24~50h。
本发明与现有技术相比较,具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
1.本发明脱硝催化剂是以三乙醇胺作为分散剂,用等体积浸渍法制备的金属氧化物催化剂,得到的催化剂的活性组分分散程度高,使其具备良好低温脱硝性能;而载体的相变温度较高,同时具有较大的比表面积,减少高温高湿环境对活性组分的影响,使得本发明催化剂也具有很好的抗水热老化的能力;另外,通过对活性组分的调控,能够适当降低活性金属过氧化的能力,从而有效提升催化剂的选择性。
2.本发明脱硝催化剂成本低廉,对合成设备要求低并具有很好的抗水热老化能力,适用于移动源尾气脱硝,如柴油车、轮船等的NOx净化去除。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备脱硝催化剂经过水热老化后的脱硝活性曲线图。
图2为本发明实施例4所制备脱硝催化剂经过水热老化后的脱硝活性曲线图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明,本发明的优选实施例详述如下:
实施例1:
在本实施例中,一种抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂的制备方法,包括如下步骤:
a.取20mL去离子水于烧杯中,称取0.1233g三乙醇胺溶于去离子水中,称取0.1039g四水硝酸锰加入溶液中,超声5min,得到溶液A,备用;
b.取100mL去离子水于烧杯中,称取0.9g氧化铝溶于去离子水中,加入磁子搅拌10min,将步骤a中所得前驱体分散溶液边搅拌边加入溶液中,搅拌18h,旋蒸,研磨后置于马弗炉中以2℃/min的升温速率在450℃煅烧3h,所得产物即为脱硝催化剂;
c.催化剂的水热老化处理:
将在所述步骤b中得到的脱硝催化剂置入马弗炉中,使用马弗炉在650℃下煅烧处理24h,在煅烧过程中通入水汽质量百分比含量为10%的空气,从而得到产物,即为水热老化处理后的抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂。
催化剂的脱硝性能测试:将上述制备的催化剂造粒40-60目,放入反应炉中进行活性、N2选择性测试,反应温度为200~300℃、空速为100 000h-1的条件下,脱硝效率稳定在80%以上,整体的N2O产量低于30ppm。模拟烟气为O25%,NO 500ppm,NH3500 ppm,N2为稀释气。
抗水热老化性能测试:将新鲜催化剂放入马弗炉中,在650℃,10%H2O氛围中保持24h,得到的水热老化后的催化剂再测试其脱硝性能,反应温度为200~300℃、空速为100000h-1的条件下,脱硝效率稳定在80%以上,整体的N2O的生成量低于30ppm。本实施例催化剂是性能良好的金属氧化物选择性还原脱硝催化剂,该催化剂充分利用载体的结构特点,在很大程度上减少了水热老化对催化剂酸量和氧化还原能力的影响,从而改善了催化剂的水热老化性能。本实施例催化剂在保证催化剂水热老化性能的基础上,同时增强了催化剂低温性能。
实施例2:
本实施例与1实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂的制备方法,包括如下步骤:
a.取20mL无水乙醇于烧杯中,称取0.2625g三乙醇胺溶于无水乙醇中,称取0.1817g四水硝酸锰和0.0681g六水硝酸铈加入溶液中,超声5min;
b.取100mL无水乙醇于烧杯中,称取0.9g氧化铝溶于去离子水中,加入磁子搅拌10min,将步骤a中所得前驱体分散溶液边搅拌边加入溶液中,搅拌18h,旋蒸,研磨后置于马弗炉中以3℃/min的升温速率在500℃煅烧3h,所得产物即为脱硝催化剂;
c.催化剂的水热老化处理:
将在所述步骤b中得到的脱硝催化剂置入马弗炉中,使用马弗炉在700℃下煅烧处理24hh,在煅烧过程中通入水汽质量百分比含量为5%的空气,从而得到产物,即为水热老化处理后的抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂。
催化剂的脱硝性能测试:将上述制备的催化剂造粒40-60目,放入反应炉中进行活性、N2选择性测试,反应温度为150~300℃、空速为100 000h-1的条件下,脱硝效率稳定在85%以上,整体的N2O产量低于20ppm。模拟烟气为O25%,NO 500ppm,NH3500 ppm,N2为稀释气。
抗水热老化性能测试:将新鲜催化剂放入马弗炉中,在700℃,5%H2O氛围中保持24h,得到的水热老化后的催化剂再测试其脱硝性能,反应温度为150~300℃、空速为200000h-1的条件下,脱硝效率稳定在80%以上,整体的N2O的生成量低于20ppm。本实施例催化剂是性能良好的金属氧化物选择性还原脱硝催化剂,该催化剂充分利用载体的结构特点,在很大程度上减少了水热老化对催化剂酸量和氧化还原能力的影响,从而改善了催化剂的水热老化性能。本实施例催化剂在保证催化剂水热老化性能的基础上,同时增强了催化剂低温性能。
实施例3:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂的制备方法,包括如下步骤:
a.取20mL去离子水于烧杯中,称取0.3086g三乙醇胺溶于去离子水中,称取0.181g四水硝酸锰、0.0556g钼酸铵加入溶液中,超声5min;
b.取100mL去离子水于烧杯中,称取0.9g氧化硅溶于去离子水中,加入磁子搅拌10min,将步骤a中所得前驱体分散溶液边搅拌边加入溶液中,搅拌18h,旋蒸,研磨后置于马弗炉中以5℃/min的升温速率在500℃煅烧4h,所得产物即为脱硝催化剂;
c.催化剂的水热老化处理:
将在所述步骤b中得到的脱硝催化剂置入马弗炉中,使用马弗炉在650℃下煅烧处理48h,在煅烧过程中通入水汽质量百分比含量为5%的空气,从而得到产物,即为水热老化处理后的抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂。
催化剂的脱硝性能测试:将上述制备的催化剂造粒40-60目,放入反应炉中进行活性、N2选择性测试,反应温度为250~360℃、空速为100 000h-1的条件下,脱硝效率稳定在85%以上,整体的N2O产量低于20ppm。模拟烟气为O25%,NO 500ppm,NH3500 ppm,N2为稀释气。
抗水热老化性能测试:将新鲜催化剂放入马弗炉中,在650℃,5%H2O氛围中保持48h,得到的水热老化后的催化剂再测试其脱硝性能,反应温度为250~360℃、空速为100000h-1的条件下,脱硝效率稳定在85%以上,整体的N2O的生成量低于20ppm。本实施例催化剂是性能良好的金属氧化物选择性还原脱硝催化剂,该催化剂充分利用载体的结构特点,在很大程度上减少了水热老化对催化剂酸量和氧化还原能力的影响,从而改善了催化剂的水热老化性能。本实施例催化剂在保证催化剂水热老化性能的基础上,同时增强了催化剂低温性能。
实施例4:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂的制备方法,包括如下步骤:
a.取10mL去离子水于烧杯中,称取0.185g三乙醇胺溶于去离子水中,称取0.1558g四水硝酸锰加入溶液中,超声15min;
b.取100mL去离子水于烧杯中,称取0.9g氧化铝溶于去离子水中,加入磁子搅拌15min,将步骤a中所得前驱体分散溶液边搅拌边加入溶液中,搅拌12h,旋蒸,研磨后置于马弗炉中以2℃/min的升温速率在450℃煅烧3h,所得产物即为脱硝催化剂;
c.催化剂的水热老化处理:
将在所述步骤b中得到的脱硝催化剂置入马弗炉中,使用马弗炉在650℃下煅烧处理24h,在煅烧过程中通入水汽质量百分比含量为5%的空气,从而得到产物,即为水热老化处理后的抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂。
催化剂的脱硝性能测试:将上述制备的催化剂造粒40-60目,放入反应炉中进行活性、N2选择性测试,反应温度为150~300℃、空速为100 000h-1的条件下,脱硝效率稳定在80%以上,整体的N2O产量低于25ppm。模拟烟气为O25%,NO 500ppm,NH3500 ppm,N2为稀释气。
抗水热老化性能测试:将新鲜催化剂放入马弗炉中,在650℃,5%H2O氛围中保持24h,得到的水热老化后的催化剂再测试其脱硝性能,反应温度为150~300℃、空速为200000h-1的条件下,脱硝效率稳定在80%以上,整体的N2O的生成量低于25ppm。本实施例催化剂是性能良好的金属氧化物选择性还原脱硝催化剂,该催化剂充分利用载体的结构特点,在很大程度上减少了水热老化对催化剂酸量和氧化还原能力的影响,从而改善了催化剂的水热老化性能。本实施例催化剂在保证催化剂水热老化性能的基础上,同时增强了催化剂低温性能。
实施例5:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂的制备方法,包括如下步骤:
a.取20mL去离子水于烧杯中,称取0.1358g三乙醇胺溶于去离子水中,称取0.0178g六水硝酸铈、0.0481g偏钨酸铵加入溶液中,超声20min;
b.取200mL去离子水于烧杯中,称取0.9g氧化锆溶于去离子水中,加入磁子搅拌10min,将步骤a中所得前驱体分散溶液边搅拌边加入溶液中,搅拌24h,旋蒸,研磨后置于马弗炉中以5℃/min的升温速率在550℃煅烧4h,所得产物即为脱硝催化剂;
c.催化剂的水热老化处理:
将在所述步骤b中得到的脱硝催化剂置入马弗炉中,使用马弗炉在650℃下煅烧处理24h,在煅烧过程中通入水汽质量百分比含量为5%的空气,从而得到产物,即为水热老化处理后的抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂。
催化剂的脱硝性能测试:将上述制备的催化剂造粒40-60目,放入反应炉中进行活性、N2选择性测试,反应温度为200~300℃、空速为100 000h-1的条件下,脱硝效率稳定在75%以上,整体的N2O产量低于5ppm。模拟烟气为O25%,NO 500ppm,NH3500 ppm,N2为稀释气。
抗水热老化性能测试:将新鲜催化剂放入马弗炉中,在650℃,5%H2O氛围中保持24h,得到的水热老化后的催化剂再测试其脱硝性能,反应温度为200~300℃、空速为200000h-1的条件下,脱硝效率稳定在70%以上,整体的N2O的生成量低于5ppm。本实施例催化剂是性能良好的金属氧化物选择性还原脱硝催化剂,该催化剂充分利用载体的结构特点,在很大程度上减少了水热老化对催化剂酸量和氧化还原能力的影响,从而改善了催化剂的水热老化性能,同时,活性组分的组合也在一定程度上削弱了其过氧化能力,提高了催化剂的选择性。本实施例催化剂在保证催化剂水热老化性能的基础上,同时增强了催化剂低温性能。
实施例6:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂的制备方法,包括如下步骤:
a.取20mL无水乙醇于烧杯中,称取0.3245g三乙醇胺溶于无水乙醇中,称取0.1038g四水硝酸锰、0.1215g三水合硝酸铜加入溶液中,超声30min;
b.取100mL无水乙醇于烧杯中,称取0.9g氧化硅溶于无水乙醇中,加入磁子搅拌10min,将步骤a中所得前驱体分散溶液边搅拌边加入溶液中,搅拌18h,旋蒸,研磨后置于马弗炉中以2℃/min的升温速率在500℃煅烧3h,所得产物即为脱硝催化剂;
c.催化剂的水热老化处理:
将在所述步骤b中得到的脱硝催化剂置入马弗炉中,使用马弗炉在650℃下煅烧处理24h,在煅烧过程中通入水汽质量百分比含量为10%的空气,从而得到产物,即为水热老化处理后的抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂。
催化剂的脱硝性能测试:将上述制备的催化剂造粒40-60目,放入反应炉中进行活性、N2选择性测试,反应温度为200~300℃、空速为100 000h-1的条件下,脱硝效率稳定在80%以上,整体的N2O产量低于50ppm。模拟烟气为O25%,NO 500ppm,NH3500 ppm,N2为稀释气。
抗水热老化性能测试:将新鲜催化剂放入马弗炉中,在650℃,10%H2O氛围中保持24h,得到的水热老化后的催化剂再测试其脱硝性能,反应温度为200~300℃、空速为100000h-1的条件下,脱硝效率稳定在80%以上,整体的N2O的生成量低于50ppm。本实施例催化剂是性能良好的金属氧化物选择性还原脱硝催化剂,该催化剂充分利用载体的结构特点,在很大程度上减少了水热老化对催化剂酸量和氧化还原能力的影响,从而改善了催化剂的水热老化性能。本实施例催化剂在保证催化剂水热老化性能的基础上,同时增强了催化剂低温性能。
实施例7:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂的制备方法,包括如下步骤:
a.取20mL去离子水于烧杯中,称取0.3191g三乙醇胺溶于去离子水中,称取0.1558g四水硝酸锰、0.1818g九水合硝酸铁加入溶液中,超声10min;
b.取100mL去离子水于烧杯中,称取0.9g氧化钛溶于去离子水中,加入磁子搅拌10min,将步骤a中所得前驱体分散溶液边搅拌边加入溶液中,搅拌16h,旋蒸,研磨后置于马弗炉中以3℃/min的升温速率在400℃煅烧4h,所得产物即为脱硝催化剂;
c.催化剂的水热老化处理:
将在所述步骤b中得到的脱硝催化剂置入马弗炉中,使用马弗炉在650℃下煅烧处理24h,在煅烧过程中通入水汽质量百分比含量为5%的空气,从而得到产物,即为水热老化处理后的抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂。
催化剂的脱硝性能测试:将上述制备的催化剂造粒40-60目,放入反应炉中进行活性、N2选择性测试,反应温度为250~360℃、空速为100 000h-1的条件下,脱硝效率稳定在85%以上,整体的N2O产量低于20ppm。模拟烟气为O25%,NO 500ppm,NH3500 ppm,N2为稀释气。
抗水热老化性能测试:将新鲜催化剂放入马弗炉中,在650℃,5%H2O氛围中保持24h,得到的水热老化后的催化剂再测试其脱硝性能,反应温度为250~360℃、空速为100000h-1的条件下,脱硝效率稳定在80%以上,整体的N2O的生成量低于20ppm。本实施例催化剂是性能良好的金属氧化物选择性还原脱硝催化剂,该催化剂充分利用载体的结构特点,在很大程度上减少了水热老化对催化剂酸量和氧化还原能力的影响,从而改善了催化剂的水热老化性能。本实施例催化剂在保证催化剂水热老化性能的基础上,同时增强了催化剂低温性能。
实施例8:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂的制备方法,包括如下步骤:
a.取20mL去离子水于烧杯中,称取0.2504g三乙醇胺溶于去离子水中,称取0.1817g四水硝酸锰和0.0288g偏钨酸铵加入溶液中,超声5min;
b.取100mL去离子水于烧杯中,称取0.9g氧化钛溶于去离子水中,加入磁子搅拌10min,将步骤a中所得前驱体分散溶液边搅拌边加入溶液中,搅拌12h,旋蒸,研磨后置于马弗炉中以2℃/min的升温速率在400℃煅烧3h,所得产物即为脱硝催化剂;
c.催化剂的水热老化处理:
将在所述步骤b中得到的脱硝催化剂置入马弗炉中,使用马弗炉在650℃下煅烧处理24h,在煅烧过程中通入水汽质量百分比含量为5%的空气,从而得到产物,即为水热老化处理后的抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂。
催化剂的脱硝性能测试:将上述制备的催化剂造粒40-60目,放入反应炉中进行活性、N2选择性测试,反应温度为250~360℃、空速为100 000h-1的条件下,脱硝效率稳定在85%以上,整体的N2O产量低于15ppm。模拟烟气为O25%,NO 500ppm,NH3500 ppm,N2为稀释气。
抗水热老化性能测试:将新鲜催化剂放入马弗炉中,在650℃,5%H2O氛围中保持24h,得到的水热老化后的催化剂再测试其脱硝性能,反应温度为250~360℃、空速为100000h-1的条件下,脱硝效率稳定在80%以上,整体的N2O的生成量低于15ppm。本实施例催化剂是性能良好的金属氧化物选择性还原脱硝催化剂,该催化剂充分利用载体的结构特点,在很大程度上减少了水热老化对催化剂酸量和氧化还原能力的影响,从而改善了催化剂的水热老化性能。本实施例催化剂在保证催化剂水热老化性能的基础上,同时增强了催化剂低温性能。
实施例9:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂的制备方法,包括如下步骤:
a.取20mL无水乙醇于烧杯中,称取0.2456g三乙醇胺溶于无水乙醇中,称取0.1013g三水合硝酸铜、0.1135g六水硝酸铈加入溶液中,超声20min;
b.取200mL无水乙醇于烧杯中,称取0.9g氧化铝溶于无水乙醇中,加入磁子搅拌10min,将步骤a中所得前驱体分散溶液边搅拌边加入溶液中,搅拌24h,旋蒸,研磨后置于马弗炉中在450℃煅烧,所得产物即为脱硝催化剂;
c.催化剂的水热老化处理:
将在所述步骤b中得到的脱硝催化剂置入马弗炉中,使用马弗炉在700℃下煅烧处理36h,在煅烧过程中通入水汽质量百分比含量为5%的空气,从而得到产物,即为水热老化处理后的抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂。
催化剂的脱硝性能测试:将上述制备的催化剂造粒40-60目,放入反应炉中进行活性、N2选择性测试,反应温度为200~300℃、空速为100 000h-1的条件下,脱硝效率稳定在80%以上,整体的N2O产量低于5ppm。模拟烟气为O25%,NO 500ppm,NH3500 ppm,N2为稀释气。
抗水热老化性能测试:将新鲜催化剂放入马弗炉中,在700℃,5%H2O氛围中保持36h,得到的水热老化后的催化剂再测试其脱硝性能,反应温度为200~300℃、空速为100000h-1的条件下,脱硝效率稳定在80%以上,整体的N2O的生成量低于5ppm。本实施例催化剂是性能良好的金属氧化物选择性还原脱硝催化剂,该催化剂充分利用载体的结构特点,在很大程度上减少了水热老化对催化剂酸量和氧化还原能力的影响,从而改善了催化剂的水热老化性能,同时,活性组分的组合也在一定程度上削弱了其过氧化能力,提高了催化剂的选择性。本实施例催化剂在保证催化剂水热老化性能的基础上,同时增强了催化剂低温性能。
实施例10:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂的制备方法,包括如下步骤:
a.取20mL去离子水于烧杯中,称取0.2393g三乙醇胺溶于去离子水中,称取0.1298g四水硝酸锰、0.0454g六水硝酸铈和0.0192g偏钨酸铵加入溶液中,超声20min;
b.取200mL去离子水于烧杯中,称取0.9g氧化铝溶于水中,加入磁子搅拌10min,将步骤a中所得前驱体分散溶液边搅拌边加入溶液中,搅拌24h,旋蒸,研磨后置于马弗炉中以2℃/min的升温速率在450℃煅烧3h,所得产物即为脱硝催化剂;
c.催化剂的水热老化处理:
将在所述步骤b中得到的脱硝催化剂置入马弗炉中,使用马弗炉在650℃下煅烧处理24h,在煅烧过程中通入水汽质量百分比含量为5%的空气,从而得到产物,即为水热老化处理后的抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂。
催化剂的脱硝性能测试:将上述制备的催化剂造粒40-60目,放入反应炉中进行活性、N2选择性测试,反应温度为200~300℃、空速为100 000h-1的条件下,脱硝效率稳定在80%以上,整体的N2O产量低于10ppm。模拟烟气为O25%,NO 500ppm,NH3500 ppm,N2为稀释气。
抗水热老化性能测试:将新鲜催化剂放入马弗炉中,在650℃,5%H2O氛围中保持24h,得到的水热老化后的催化剂再测试其脱硝性能,反应温度为200~300℃、空速为200000h-1的条件下,脱硝效率稳定在80%以上,整体的N2O的生成量低于10ppm。本实施例催化剂是性能良好的金属氧化物选择性还原脱硝催化剂,该催化剂充分利用载体的结构特点,在很大程度上减少了水热老化对催化剂酸量和氧化还原能力的影响,从而改善了催化剂的水热老化性能,同时,活性组分的组合也在一定程度上削弱了其过氧化能力,提高了催化剂的选择性。本实施例催化剂在保证催化剂水热老化性能的基础上,同时增强了催化剂低温性能。
实施例11:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂的制备方法,包括如下步骤:
a.取20mL去离子水于烧杯中,称取0.1233g三乙醇胺溶于去离子水中,称取0.1039g四水硝酸锰加入溶液中,超声5min;
b.取100mL去离子水于烧杯中,称取0.9g氧化铝溶于去离子水中,加入磁子搅拌10min,将步骤a中所得前驱体分散溶液边搅拌边加入溶液中,搅拌18h,旋蒸,研磨后置于马弗炉中以2℃/min的升温速率在500℃煅烧3h,所得产物即为脱硝催化剂;
c.催化剂的水热老化处理:
将在所述步骤b中得到的脱硝催化剂置入马弗炉中,使用马弗炉在800℃下煅烧处理24h,在煅烧过程中通入水汽质量百分比含量为10%的空气,从而得到产物,即为水热老化处理后的抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂。
催化剂的脱硝性能测试:将上述制备的催化剂造粒40-60目,放入反应炉中进行活性、N2选择性测试,反应温度为200~300℃、空速为100 000h-1的条件下,脱硝效率稳定在80%以上,整体的N2O产量低于20ppm。模拟烟气为O25%,NO 500ppm,NH3500 ppm,N2为稀释气。
抗水热老化性能测试:将新鲜催化剂放入马弗炉中,在800℃,10%H2O氛围中保持24h,得到的水热老化后的催化剂再测试其脱硝性能,反应温度为200~300℃、空速为100000h-1的条件下,脱硝效率稳定在75%以上,整体的N2O的生成量低于20ppm。本实施例催化剂是性能良好的金属氧化物选择性还原脱硝催化剂,该催化剂充分利用载体的结构特点以及分散助剂对活性金属的分散,在很大程度上减少了水热老化对催化剂酸量和氧化还原能力的影响,从而改善了催化剂的水热老化性能。本实施例催化剂保证了催化剂水热老化性能。
实施例12:
本实施例与前述实施例基本相同,特别之处在于:
在本实施例中,一种抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂的制备方法,包括如下步骤:
a.取20mL去离子水于烧杯中,称取0.1233g三乙醇胺溶于去离子水中,称取0.1039g四水硝酸锰加入溶液中,超声5min;
b.取100mL去离子水于烧杯中,称取0.9g氧化铝溶于去离子水中,加入磁子搅拌10min,将步骤a中所得前驱体分散溶液边搅拌边加入溶液中,搅拌18h,旋蒸,研磨后置于马弗炉中以2℃/min的升温速率在450℃煅烧5h,所得产物即为脱硝催化剂;
c.催化剂的水热老化处理:
将在所述步骤b中得到的脱硝催化剂置入马弗炉中,使用马弗炉在650℃下煅烧处理50h,在煅烧过程中通入水汽质量百分比含量为50%的空气,从而得到产物,即为水热老化处理后的抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂。
催化剂的脱硝性能测试:将上述制备的催化剂造粒40-60目,放入反应炉中进行活性、N2选择性测试,反应温度为200~300℃、空速为100 000h-1的条件下,脱硝效率稳定在80%以上,整体的N2O产量低于20ppm。模拟烟气为O25%,NO 500ppm,NH3500 ppm,N2为稀释气。
抗水热老化性能测试:将新鲜催化剂放入马弗炉中,在650℃,5%H2O氛围中保持50h,得到的水热老化后的催化剂再测试其脱硝性能,反应温度为200~300℃、空速为100000h-1的条件下,脱硝效率稳定在80%以上,整体的N2O的生成量低于20ppm。本实施例催化剂是性能良好的金属氧化物选择性还原脱硝催化剂,该催化剂充分利用载体的结构特点以及分散助剂对活性金属的分散,在很大程度上减少了水热老化对催化剂酸量和氧化还原能力的影响,从而改善了催化剂的水热老化性能。本实施例催化剂保证了催化剂水热老化后长时间的性能稳定性。
综上所述,本发明催化剂是低温性能良好的金属氧化物选择性催化还原脱硝催化剂,同时具有高抗水热老化性能。本发明催化剂以三乙醇胺作为分散剂,用浸渍法制备的金属氧化物催化剂,得到的催化剂的活性组分分散程度高,使其具备良好低温脱硝性能;而载体的相变温度过高,同时具有较大的比表面积,减少高温高湿环境对活性组分的影响,所以本发明催化剂也具有很好的抗水热老化的能力。本发明脱硝催化剂成本低廉,对合成设备要求低并具有很好的抗水热老化能力,适用于移动源尾气脱硝,如柴油车、轮船等。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明,但本发明不限于上述实施例,还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化,凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化,均应为等效的置换方式,只要符合本发明的发明目的,只要不背离本发明抗中毒金属氧化物脱硝催化剂及其制备方法的技术原理和发明构思,都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂,其特征在于:以三乙醇胺作为促进活性金属组分在载体上分散的助剂,与活性金属前驱体和溶剂混合制备,用等体积湿法浸渍工艺、煅烧工艺和水热老化处理制备该催化剂;通过三乙醇胺诱导,使三乙醇胺与金属离子形成络合物,增强载体与金属离子的亲和力,从而促进金属离子的分散;所述催化剂负载的活性组分为锰、铈、铜、铁、钼、钨金属离子的单一氧化物或两种及以上的复合氧化物。
2.根据权利要求1所述抗水热老化金属氧化物脱硝催化剂,其特征在于:所述载体为氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅中的至少一种。
3.根据权利要求1所述抗水热老化金属氧化物脱硝催化剂,其特征在于:所述活性金属元素为锰、铈、铜、铁、钼、钨中的任意一种或任意两种及以上的复合金属。
4.一种权利要求1所述抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
a.活性金属的分散:
将分散剂溶于溶剂中,将活性金属前驱体也加入上述溶剂中,超声5~40min,得到溶液A,备用;
b.负载活性金属:
将载体加入溶剂,搅拌5~20min,得到溶液B,将溶液A逐滴加入溶液B中;剧烈搅拌12~24h,旋蒸,得白色粉末,然后使用马弗炉在400~550℃下煅烧2~5h,升温速率为2~5℃/min,从而得到产物,即为金属氧化物脱硝催化剂;
c.催化剂的水热老化处理:
将在所述步骤b中得到的金属氧化物脱硝催化剂置入马弗炉中,使用马弗炉在650~800℃下煅烧处理24~50h,在煅烧过程中通入水汽质量百分比含量为5~10%的空气,从而得到产物,即为水热老化处理后的抗水热老化低温金属氧化物脱硝催化剂。
5.根据权利要求4所述抗水热老化负载型金属氧化物脱硝催化剂的制备方法,其特征在于:在所述步骤a中,所用分散剂为三乙醇胺;
或者,在所述步骤a中,所用金属前驱体盐四水硝酸锰、六水合硝酸铈、三水合硝酸铜、九水合硝酸铁、四水合钼酸铵、偏钨酸铵溶液中的至少一种;
或者,在所述步骤a中,分散剂与所需活性金属前驱体的活性金属的原子比为(1~4):(1~2);
或者,在所述步骤a中,所用溶剂为去离子水、乙醇中的至少一种。
6.根据权利要求4所述抗水热老化负载型金属氧化物脱硝催化剂的制备方法,其特征在于:在所述步骤b中,所用载体为氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅中的至少一种;
或者,在所述步骤b中,煅烧的升温速率为2~5℃/min;
或者,在所述步骤b中,煅烧时间为2~5h;
或者,在所述步骤a中,所用溶剂为去离子水、乙醇中的至少一种。
7.根据权利要求4所述抗水热老化负载型金属氧化物脱硝催化剂的制备方法,其特征在于:在所述步骤c中,水热老化处理气氛中的水汽质量百分比含量为5~10%;
或者,在所述步骤c中,水热老化处理的时间为24~50h。
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