[发明专利]一种氮氧化物和汞协同氧化催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂及其制备方法，尤其涉及一种金属氧化物催化剂及其制备方法。

背景技术

氮氧化物(NO_x)和汞(Hg)是我国重要的大气污染物。随着我国经济的飞速发展，以煤为主的能源消费迅速增长，大量化石燃料消耗致使排放到大气中的NO_x和Hg排放量迅速增加。它们不仅造成酸雨、光化学烟雾等环境问题，而且对人体健康有极大危害。因此，如何有效地控制NO_x和Hg排放已成为我国国民经济发展中一个十分重要的课题。

目前，氨气选择性催化还原技术(NH₃-SCR)是工业应用最广泛的NO_x控制技术，该技术在燃煤电厂和机动车尾气处理有很长时间的应用历史，而其核心问题是催化剂的研制。工业化应用的NH₃-SCR催化剂一般是以TiO₂为载体，V₂O₅为活性组分，再负载上一定量的WO₃或MoO₃等助剂，其适用温度范围为300-400℃。但是，这类催化剂在实际使用中仍存在一些问题：首先，烟气中较高含量的水蒸气(H₂O)和二氧化硫(SO₂)对催化剂活性和寿命影响很大；其次，催化剂活性组分V₂O₅的前驱体毒性非常大，容易对人体和生态环境产生污染；再次，该催化剂体系适用温度范围较窄，对烟气排放温度较低(<250℃)的工业锅炉/炉窑难以应用。此外，该催化剂体系价格昂贵，导致NO_x控制成本很高。

SCR催化剂协同脱汞技术被国内外研究者广泛关注。该技术原理是利用SCR催化剂将零价汞(HgO)氧化为一价或二价汞，再通过除尘或脱硫将氧化后的汞除去。该技术解决了HgO难溶于水的问题，具有较高的脱汞效率。但存在的问题是，SCR脱硝过程中喷入的NH₃严重抑制HgO的氧化，影响该技术的推广应用。同时，该技术也存在工作温度范围窄，难以适应工业锅炉/炉窑脱汞的现实需求。因此，开发新型低温、高效协同脱硝脱汞的催化剂成为我国工业锅炉/炉窑烟气治理的迫切需求。

近年来，利用过渡金属和稀土金属氧化物开发高效氧化NO的催化剂是NO_x控制的一个热点课题。已有文献报道氧化钴具有较好的NO氧化反应活性，但其抗水蒸气中毒性能较差。氧化钴氧化HgO的研究更少，还未见具有抗NH₃干扰高效氧化汞协同氧化NO的氧化钴催化剂的报道。如果能开发出具有高效抗水蒸气中毒抗NH₃干扰性能的新型氮氧化物和汞协同氧化催化剂，必将大大降低烟气治理总体成本，推动工业烟气治理的加速实施。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮氧化物和汞协同氧化催化剂及其制备方法，该催化剂可协同催化氮氧化物和汞，在200℃以上的较宽温度范围内具有高效催化氧化NO_x和HgO的性能，同时具有良好的抗水蒸气中毒和抗NH₃干扰性能，能够适应更严格的排放法规要求，达到降低成本和提高使用安全性的目的。

本发明提供的一种氮氧化物和汞协同氧化催化剂，所述催化剂具有如下通式：Sn_aCo_bGe_cCu_dO_x，其中，a、b、c、d和x分别表示Sn、Co、Ge、Cu和O的原子数，a：b：c：d＝(0.40～0.65)：(0.05～0.23)：(0.05～0.10)：(0.50～0.02)，x根据各金属元素的化合价确定(x＝2a+4/3b+2c+d)。

上述催化剂的中，所述催化剂中各金属元素的摩尔比Sn：Co：Ge：Cu＝a：b：c：d＝(0.40～0.65)：(0.05～0.23)：(0.05～0.10)：(0.50～0.02)。

上述催化剂中，所述催化剂具体可为下述1)-6)中的任一种：