[发明专利]稀土杂多酸盐掺杂铁基催化剂及其在烟气脱硝中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土杂多酸盐掺杂铁基催化剂及其制备方法，以及其在烟气脱硝中的应用，属于选择性催化还原技术领域。

背景技术

随着我国经济的快速发展，因化石能源燃烧排放到自然环境中的氮氧化物(NO_x)也逐渐升高，它不仅是酸雨的主要成分，还是形成光化学烟雾的元凶，严重危害人体健康、破坏环境，制约经济社会可持续发展。因此，加强治理NO_x污染已经刻不容缓。

目前，工业上主要采用氨选择性催化还原法(NH₃-SCR)控制氮氧化物的排放。催化剂为商用V₂O₅-WO₃/TiO₂，该催化剂具有较高的脱硝活性，但其成本和操作温度较高，装置置于脱硫除尘之前，容易造成催化剂硫中毒、堵塞等，活性组分钒有毒，易对环境和人类造成毒害。因此，开发NH₃-SCR低温高效无毒催化剂迫在眉睫。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种稀土杂多酸盐掺杂铁基催化剂，本发明还提供了其制备方法，以及其在烟气脱硝中的应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种稀土杂多酸盐掺杂铁基催化剂，由稀土杂多酸盐和铁氧化物机械混合组成，稀土杂多酸盐与铁氧化物质量比为1:2、1:3或1:4。

所述稀土杂多酸盐选自Keggin结构稀土磷钨酸盐；Keggin结构稀土磷钨酸盐包括：Keggin结构稀土磷钨酸钆盐、Keggin结构稀土磷钨酸铕盐和Keggin结构稀土磷钨酸钕盐。

所述Keggin结构稀土磷钨酸盐(LnPW₁₂O₄₀，Ln＝Nd、Nd、Eu)是通过以下方法制备得到的：

(1)准确称取磷钨酸8.964g(3.0mmol)，加入30ml1+1乙醇(1+1乙醇指水与乙醇体积比为1:1的乙醇溶液)使其溶解；

(2)在75℃和剧烈搅拌下加入过量10％的稀土硝酸盐(加入过量10％是指加入3.3mmol的硝酸盐)，持续反应45min；所述稀土硝酸盐选自硝酸钆、硝酸钕或硝酸铕；

(3)上述反应完毕后，常压蒸馏(除去乙醇和水，蒸馏至原体积的1/4)，自然冷却结晶，过滤，滤饼于120℃干燥2h，再在300℃下焙烧3h，即得Keggin结构稀土磷钨酸盐，冷却，保存，备用。

所述铁氧化物由沉淀法制备而成，其中氨水为沉淀剂。

进一步地，所述铁氧化物(Fe_yO_x)是通过以下方法制备得到的：取浓度为0.2mol/l的硝酸铁溶液，在剧烈搅拌下，逐滴滴加2mol/l的NH₃·H₂O(作为沉淀剂)，调节pH至9～10，得悬浊液；真空抽滤悬浊液，得滤饼，用蒸馏水多次冲洗滤饼，然后于105℃下干燥8～14h；研磨，然后以5℃/min程序升温至400℃，焙烧5h，即得铁氧化物，冷却，保存，备用。

所述稀土杂多酸盐掺杂铁基催化剂的制备方法为：取稀土杂多酸盐和铁氧化物，混合，机械研磨法制备得到催化剂，压片过筛，取粒径40～60目催化剂，保存备用。

所述稀土杂多酸盐掺杂铁基催化剂为以下5种之一，如表1所示(表中下标标注的1:3表示稀土杂多酸盐和铁氧化物的质量比；掺杂量是指稀土杂多酸盐在催化剂中的质量分数)。

表1

本发明的稀土杂多酸盐掺杂铁基催化剂，可以作为催化剂用于烟气脱硝，应用于SCR时，以本发明的稀土杂多酸盐掺杂铁基催化剂为催化剂，以氨气为还原剂，在反应温度150～400℃和常压条件下，通入烟气，达到脱除烟气中的氮氧化物的目的；烟气的空速范围为7500～30000h^-1，烟气中氧气所占体积浓度范围为0％～6％(不包括0)，烟气中氮氧化物所占体积浓度范围为800～1500ppm，还原剂氨气所占体积浓度范围为800～1500ppm。催化活性的评价试验由图1所示的装置完成。采用固定床反应器，取适量催化剂装入内径为8mm的石英反应管中，两端以石英棉固定，置于管式电炉中控制反应温度，各气体流量由质量流量计控制调节。出口气体中NO和NO₂含量由TH-9905型NO/NO₂分析仪测定。磷酸吸收剩余的NH₃，以防NH₃对NO/NO₂分析仪产生影响。