[发明专利]具有纳米多壁球状尖晶石结构的脱硝催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脱硝催化剂的制备方法，属纳米材料制备工艺和环保技术领域。

背景技术

氮氧化物（NO_x）可以导致酸雨，臭氧层空洞，全球气候变暖，光化学烟雾等严重环境问题。我国作为产煤燃煤大国，每年均要产出大量的氮氧化物废气。随着我国经济的迅猛发展，氮氧化物的排放量也在逐年增加。于此同时，现有脱硝技术愈加难以满足新的排放要求。因此，开展对烟气脱硝研究在我国显得尤为重要。

目前，选择性还原技术（SCR）被广泛应用于各类移动源和固定源产出的氮氧化物的脱除，其中，以氨气作为还原剂的氨气选择性还原（NH₃-SCR）技术是目前工业应用中最有效的方法。而该技术的核心则是对催化剂的研究和改进工作。钒基催化剂为目前应用最多最广的NO_x脱除催化剂。但该类催化剂存在着活性窗口温度较高，易发生SO₂→SO₃氧化，对环境毒性较大等缺点。因此，研制国内自主创新的廉价、无毒的SCR 烟气脱硝催化剂具有十分重要的意义。

一些过渡金属元素（如MnO_x、FeO_x、CeO_x、CoO_x、CrO_x）具有变价特性，其内部存在的高价态金属氧化物具有强还原性，有利于催化脱硝反应的进行。因此，它们被作为新一代脱硝催化剂的主要研究方向。除了活性物种本身的影响之外，催化剂的比表面积，活性物种的分散度也对催化剂的性能有很大影响。但目前对脱硝催化剂的合成主要以共沉淀法进行，所制备出的纳米粒子存在比表面积低，表面孔道少，粒子内部活性位点无法有效利用，活性组分分布不均等缺点，极大的影响了。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有高比表面积，具有纳米多壁球状尖晶石结构的脱硝催化剂的制备方法，属纳米材料制备工艺和环保技术领域。该催化剂具有纳米级多层球结构，该结构可作为纳米级的反应器，提供大量有效内部比表面积，使得催化反应更加高效的进行，有效的提高了催化剂的催化活性；催化剂的活性组分在所属纳米级多层球中均匀分布，活性位有效分散；在该催化剂中，生成尖晶石结构的两种组分具有较强的相互作用，有效的提高了催化剂的抗硫性和催化活性；此外，该催化剂的成分为几种易于获取，价格低廉的过渡金属元素的氧化物，对环境的毒性较小，并很好的控制了催化剂的生产成本。

本发明涉及一种上述催化剂的制备方法，包括以下步骤： 

A．碳模板的制备：取碳前驱体与去离子水，配置成0.1~1 mol/L的前驱体/水混合溶液，随后将其转移至高压反应釜中，在140~200 ^oC条件下反应5~24 h，自然冷却后，将产物分别以水/乙醇交替洗涤三遍，在90 ^oC下过夜烘干，待用；

B．催化剂的制备：称取摩尔比为1：（0.1~1）的A类金属盐和B类金属盐，同时溶于体积比为1：（1~10）的乙醇/水混合液中，配成（A类金属盐+B类金属盐）浓度为0.2~1 mol/L的前驱体溶液；同时，称取步骤A中所制备的碳模板，将其以1：（5~50）的质量比与前驱体溶液混合，超声处理30分钟。随后在20~80 ^oC条件下进行吸附，吸附时间为2~24 h。吸附完成后，将产物分别以水/乙醇交替洗涤，在60 ^oC下烘干后以1~5 ^oC的升温速率升温至300~600 ^oC进行1~5 h的煅烧，随炉冷却后即可获得所述的具有纳米多壁球状尖晶石结构的脱硝催化剂。

上述制备方法中，所述的碳前驱体为果糖、葡萄糖、蔗糖中的一种。

所述的A类金属盐为铁盐和钴盐中的一种；其中，钴盐为硝酸钴、硫酸钴、氯化钴、醋酸钴中的一种；铁盐为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、醋酸铁中的一种。

所述的B类金属盐为锰盐、铈盐和铬盐中的一种；其中，锰盐为硝酸锰、硫酸锰、氯化锰、醋酸锰中的一种；铈盐为硝酸铈、氯化铈中的一种；铬盐为硝酸铬、硫酸铬、氯化铬中的一种。所制备出的脱硝催化剂为具有纳米多壁球状尖晶石结构的双金属氧化物。

上述过程中，用于合成碳模板的前驱体选取，前驱体/水混合液的浓度，水热反应温度，水热反应时间与所获得的碳模板的形貌，粒径与表面基团密切相关，采用超出上述范围的浓度，水热反应温度及反应时间会导致合成出的碳模板不能满足随后的催化剂制备要求，导致催化剂的制备失败。