[发明专利]一种用于烟气脱硝的赤泥负载氧化钒催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于烟气脱硝的赤泥负载氧化钒催化剂及其制备方法。

背景技术

氮氧化物是形成雾霾的主要污染物之一，也是造成酸雨和光化学烟雾的主要污染物，对生态环境和人体健康危害极大。氮氧化物排放主要来自固定源（如大型燃煤电厂的烟气）和移动源（如机动车尾气）。随着我国经济的飞速发展，以煤为主要燃料的能源格局和快速发展的汽车工业，直接导致我国近年来氮氧化物排放量急剧增加。面对日益严重的环境污染形势，如何有效去除氮氧化物（NO_x），减少雾霾，成为当今环境保护的重要课题。氨选择性催化还原技术（NH₃-SCR）由于具有脱硝效率高、运行费用相对较低等优点，被广泛用于工业锅炉和电站机组中的脱硝处理。NH₃-SCR技术的关键核心是NH₃-SCR催化剂体系。目前，工业化应用的NH₃-SCR催化剂主要是V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂催化剂，但是该类催化剂体系仍然存在操作温度窗口较窄、热稳定性低、成本高等不足，这些不足制约了该类催化剂在实际燃煤电厂烟气和机动车尾气净化中的广泛应用。因此，开发一类低温活性高、热稳定性高、成本低的催化剂用于氮氧化物消除，具有重要的科学意义和实际生产价值。

赤泥是炼铝过程中排出的一种强碱性固体废弃物，平均每生产1吨氧化铝就会有0.5~2吨的赤泥产生，目前我国累计赤泥堆存量已达几亿吨。赤泥在堆放过程中除了占用大量土地资源外，赤泥中的化学成分还会入渗土地导致土地碱化、地下水污染等，小粒度的赤泥易形成粉尘从而污染空气。随着赤泥的堆存量不断增加，所引起的环境污染也越来越严重，赤泥综合利用成为了炼铝工业一项急需解决的难题。关于赤泥的综合利用主要有三个方向：（1）将赤泥作为生产建筑材料和陶瓷制品的原材料；（2）对赤泥中铁、铝、钛等元素进行回收再利用；（3）利用赤泥作吸附剂、絮凝剂、催化剂等对环境污染问题进行治理。其中以赤泥为基础制备催化剂进行环境污染治理，是一种有效增加废弃物有效价值的方法。赤泥本身含有多种组份，其中氧化铁、氧化钛等具有脱硝活性，氧化铝、氧化硅是常用的脱硝催化剂载体，因此可以以赤泥为基础制备脱硝催化剂，达到以废治废的目的。此外，我们研究发现以赤泥作为载体，氧化钒为活性组分制备的赤泥负载氧化钒催化剂在NH₃-SCR反应中比单纯的赤泥催化剂具有更显著的优势，而赤泥负载氧化钒催化剂也可以解决V₂O₅-WO₃(或MO₃)/TiO₂催化剂的高温失活、成本高等缺点。

我们通过一种简便的制备方法，以工业废渣赤泥为原料，成功制备了一系列具有较高脱硝活性的赤泥负载氧化钒催化剂，并在NH₃-SCR催化反应中表现出优异的催化性能。同时，本催化剂所用原料廉价易得，制备方法简便快捷，能耗少，环境污染小，具有以废治废的效果，在NH₃-SCR催化脱硝领域有着潜在的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种赤泥负载氧化钒催化剂及其制备方法和用途。以活化赤泥为载体，采用简单的浸渍法，所制备的催化剂材料具有热稳定性高、NH₃-SCR性能好等特点。

本发明的原理如下：赤泥自身含有多种金属氧化物组份，其中氧化铁、氧化钛等具有脱硝活性，氧化铝、氧化硅等是良好的脱硝催化剂载体。鉴于原赤泥含有大量的碱金属氧化物，而碱金属氧化物会导致脱硝催化剂中毒失活，因此我们采取酸硝化-碱沉淀法对赤泥进行活化处理，处理后的赤泥中碱金属含量极低，比表面积增加。我们以活化赤泥为载体，利用活性组分和载体的相互作用，通过浸渍法使活性组分氧化钒在赤泥载体表面高分散，制备赤泥负载氧化钒催化剂。

本发明的技术方案如下：

一种赤泥负载氧化钒催化剂，以活化赤泥为载体，负载活性组分氧化钒后，氧化钒主要以高分散的形式负载在赤泥表面。

一种制备上述的赤泥负载氧化钒催化剂的方法，由如下步骤组成：