[发明专利]一种非钒系低温脱硝催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及催化剂材料制备和环保领域，公开了一种非钒系低温脱硝催化剂，以粉煤灰作为载体，负载催化活性组分和助剂；所述的催化活性组分为锰、铁、铜的氧化物中的一种或者任意组合；所述的助剂为稀土元素氧化物。该催化剂具有极高的低温脱硝抗硫性能，可取代钒系催化剂，解决了钒系催化剂对人体及环境有害的难题，及催化剂低温硫中毒的问题。而且本发明采用廉价的粉煤灰作为载体，实现电厂大宗固废资源化高效利用，有效取代以钛白粉作为催化剂的唯一载体，降低了催化剂的制备成本。同时该系催化剂的活性组分以硝酸系的金属盐溶液作为前驱体，通过浸渍法和煅烧制备所得，是真正意义上的环境友好型催化剂。

技术领域

本发明属于催化剂材料制备和环保领域，具体涉及一种非钒系脱硝催化剂及制备方法。

背景技术

氮氧化物是化石燃料中排放的主要污染物之一，不仅危及人的健康，还会引起酸雨、光化学烟雾等一系列环境问题，因此高效治理和控制氮氧化物的排放成为当前大气治理的重大问题。目前氮氧化物的治理技术很多，包括湿法和干法两种，湿法脱除氮氧化物能力极为有限，并带来一系列难以处理的副产物；干法中应用较多且为广泛的是选择性催化还原法，是被认为固定源、移动源氮氧化物脱除的行之有效的方法之一，但催化剂的开发是关键的核心问题。

目前，工业化应用最为普遍的皆为钒钛系类催化剂。该类催化剂在反应温度为320～420℃的范围内呈现出较高的氮氧化物脱除率，同时表现出显著地抗硫性能。然而，该类催化剂在实际使用中存在诸多问题：以V₂O₅作为活性组分，对环境和人体具有毒害作用。V₂O₅为两性氧化物，但以酸性为主，在温度超过700℃时显著挥发，700～1125℃下会分解为氧和四氧化二钒，这一特性使它成为许多有机和无机反应的催化剂。并且V₂O₅是一种强氧化剂，易被还原成各种低价氧化物；微溶于水，易形成稳定的胶体溶液；极易溶于碱，在弱碱性条件下即可生成钒酸盐(VO₃)；溶于强酸(一般在pH＝2左右起溶)不生成钒酸根离子，而生成同价态的氧基钒离子(VO²⁺)，VO²⁺为有毒物质，空气中最大允许量少于0.5mg/m³。因此，V₂O₅作为催化剂的活性成分，虽然能够处理氮氧化物污染物，但其本身对人体有毒害，对环境也会造成污染。

其次，V₂O₅催化剂的低温脱硝性能不好，操作温度窗口窄，使用温度在320～420℃，且技术使用条件严格，不适合我国特有的烟气脱硝国情(烟气排烟温度150～250℃)。而且烟气中往往含有高浓度二氧化硫，这是制约催化剂性能的重要因素。因此开发一种非钒、一种在低温条件下具有极好的氮氧化物去除和抗硫中毒能力的新型脱硝催化剂。

CN102935362A的专利文件公开了一种以粉煤灰和凹凸棒石作为载体负载锰基脱硝催化剂，虽然这种催化剂在反应温度100℃以上时具有很好的脱硝性能，但未开展二氧化硫对催化剂性能的研究，且该方法涉及酸改性粉煤灰载体，工艺复杂，存在酸性污染。CN1607027A的专利文件公开了一种锅炉粉煤灰制备脱硝催化剂，但该催化剂的载体粉煤灰仍需要经过酸洗和高温碱熔，制备工艺方法复杂；同时，虽然这种催化剂在280℃下具有很好的脱硝性能，但仅仅体现具有抗硫性能，尚未有数据支撑，并且在烟气温度较低时性能下降；而中国的排放烟气温度一般在150～250℃，因此这种催化剂处理国内排放烟气的效果并不理想。而且现有的催化剂研究基本集中在无硫或低硫条件下进行测试，是相对比较理想的环境，工程化程度不高。

采用粉煤灰为载体的非钒系脱硝催化剂，一般用金属硝酸盐溶液混合粉煤灰，通过煅烧制备非钒系脱硝催化剂。但在煅烧过程中也会有氮氧化物出现，由此可见，如何开展以粉煤灰作为催化剂的载体负载硝酸系金属盐溶液，制备出低温高效抗硫性能催化剂的同时，又以解决生产过程中氮氧化物的排放成为一把双刃剑。确保催化剂制备过程与使用过程中的安全性，是上述脱硝技术能否广泛应用的关键技术问题。

发明内容