[发明专利]MnO2-TiO2石墨烯-多孔无机陶瓷膜低温催化脱硝自清理材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于低温催化脱硝技术领域，具体涉及一种MnO₂-TiO₂石墨烯-多孔无机陶瓷膜低温催化脱硝自清理材料及其制备方法。

背景技术：

随着控制NO_x排放法规的日趋完善，NO_x造成的空气污染越来越引起人们的重视。目前，控制NO_x排放的措施大致分为两类：一类是燃烧控制技术，即通过各种技术手段，抑制或还原燃烧过程中的NO_x，达到降低NO_x排放的目的；另一类是烟气净化技术，即脱除烟气中的NO_x。烟气脱氮技术有湿法脱氮、催化分解法、固体吸附法、液体吸收法、等离子活化法、微生物法、选择性非催化还原（SNCR）法和选择性催化还原（SCR）法等。其中SCR法目前被认为是最好的烟气脱氮技术，它是在某些特定催化剂的作用下，用氨（或其它还原剂）选择性的将NO_x还原为N₂和H₂O的方法。

催化剂是SCR烟气脱硝系统中最核心的部件，其性能好坏直接影响SCR烟气脱硝系统的整体脱硝效果。烟气中含有大量的烟尘，由于脱硝催化剂的长期运行，烟尘在催化剂表面沉积从而导致催化剂活性降低。此外，烟气的温度较低，如果运用催化剂反应温度太低，会降低催化剂的活性，使脱硝效率下降，最后达不到脱硝的效果。因此，具有自清理功能的低温脱硝催化剂对于活力发电厂脱硝十分重要的意义。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有脱硝催化剂的缺陷，利用无机陶瓷膜的高比表面积和孔隙率、石墨烯独特的电荷传输性能以及氟烃树酯材料的自清理功能，提供一种具有自清理、催化效率高、耐腐蚀、机械强度大、结构稳定不变形和使用寿命长的MnO₂-TiO₂石墨烯-多孔无机陶瓷膜低温催化脱硝自清理材料及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：

该低温催化脱硝自清理材料以多孔无机陶瓷膜为载体，将MnO₂、TiO₂与石墨烯的复合物负载于载体表面，构成催化剂，并在催化剂表面负载氟烃树酯材料；其中，氟烃树酯材料与催化剂的质量百分比分别为30%和70%；在催化剂中，多孔无机陶瓷膜的质量百分比为50%~80%，MnO₂、TiO₂与石墨烯的复合物的质量百分比为20%~50%；在MnO₂、TiO₂与石墨烯的复合物中，Mn、Ti和C的原子比为1：6.9：1.7。

所述的低温催化脱硝自清理材料的制备方法，具体分为以下步骤：

步骤（1）：将主要成分为SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、TiO₂、K₂O、Na₂O的煤渣研磨均匀，加入粒径为0.02 mm的发泡剂，在压力机上采用半干法在成型压力为38 MPa的条件下压模成型，压制成薄片；将压制的薄片在马弗炉中1100 oC下煅烧2 h即获得粉煤灰基多孔陶瓷片，并将其研磨，得到多孔无机陶瓷膜；

步骤（2）：室温下，将石墨烯放入无水乙醇中，第一次超声波处理后加入钛酸正丁酯，并继续进行第二次超声处理，并依次将乙酸和硝酸锰混合溶液与步骤（1）制取的多孔无机陶瓷膜在第二次超声处理过程中加入到上述溶液中；超声处理直至溶胶出现时停止，室温条件下老化数天；

步骤（3）：对步骤（2）得到的老化样品进行干燥、焙烧，即得到所述催化剂，且使得到的催化剂中，多孔无机陶瓷膜的质量百分比为50%~80%，MnO₂、TiO₂与石墨烯的复合物的质量百分比为20%~50%；在MnO₂、TiO₂与石墨烯的复合物中，Mn、Ti和C的原子比为1：6.9：1.7；

步骤（4）：室温下，将纤维素、消泡剂、苷树脂、填料和去离子水混合，并以500~800r/min速度研磨，加入步骤（3）制备的催化剂，将转速升至5000 r/min并持续30min；最后去离子水清洗催化剂2~3遍，在80 oC下干燥，即可得到所述低温脱硝催化剂。