[发明专利]SAPO-34分子筛和铜基SAPO-34脱硝催化剂及其制备方法和应用、脱硝方法

说明书

本发明涉及废弃物综合利用领域，公开了SAPO‑34分子筛和铜基SAPO‑34脱硝催化剂及其制备方法和应用、脱硝方法。SAPO‑34分子筛的制备方法包括：(1)将粉煤灰与第一碱液混合进行第一水热反应，得到含硅碱液和含铝残渣；(2)在含硅碱液中通入含有CO₂的气体，得到硅胶；(3)将含铝残渣与第二碱液混合进行第二水热反应，得到含铝碱液；(4)在含铝碱液中通入CO₂气体和调节pH值，得到氧化铝；(5)将氧化铝加入磷酸溶液中并与硅胶进行混合，然后加入模板剂进行老化和水热晶化。本发明充分利用了粉煤灰中的硅铝资源，低能耗可实现工业化生产，制备的铜基SAPO‑34脱硝催化剂能够有效降低烟气中氮氧化物的含量。

技术领域

本发明涉及工业固体废弃物综合利用领域，具体涉及SAPO-34分子筛及其制备方法和应用、铜基SAPO-34脱硝催化剂及其制备方法和脱硝方法。

背景技术

粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、 CaO、TiO₂等。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排量较大的工业废渣之一。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。

由于粉煤灰化学成分中含有多种可利用元素(如铝、硅等)，因此粉煤灰是一种极具开发价值的丰富资源。如果能够有效回收粉煤灰中的有用物质，既可以发展循环经济和节约型经济，又可以减少开矿对自然生态环境的破坏。粉煤灰综合利用的主要对象是作为其主要成分的氧化铝(Al₂O₃)和二氧化硅(SiO₂)，一般选择高铝粉煤灰(氧化铝含量为35％以上)为原料进行提取氧化铝的研究。高铝粉煤灰提铝只针对氧化铝含量为35％以上的粉煤灰，技术路线没有普适性。粉煤灰中硅铝资源总量占60％-95％，若能同时利用其中的硅铝资源，可规避分步提铝提硅工艺技术路线长且复杂的弊端。因此寻找一条能同时利用粉煤灰中的硅铝资源制备更高附加值产品并适用于所有粉煤灰的技术路线迫在眉睫。

氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一，对人体、环境、生态造成了很大的危害，有效控制和减少氮氧化物的排放是改善大气环境质量的需要。目前大部分NOx控制技术采用选择性催化还原(SCR)脱硝技术。该脱硝技术的关键是催化剂，一般商业用的催化剂为V₂O₅-WO₃/TiO₂，其最佳活性温度窗口较高(300～400℃)。为了满足此温度窗口的需要，一般将催化床层布置在除尘器之前，这种布置方法不仅会造成催化剂的硫中毒及粉尘堵塞，而且需要较大的炉后空间；活性组分中的V具有毒性，不利于生态环境及身体健康；此外，像钢铁厂烧结机和球团机等设备排放的烟气温度均小于200℃，不能满足中高温SCR催化剂活性温度窗口，因此，发展低温SCR技术具有十分重要的意义。

近年来，低成本无毒的分子筛催化剂因具有活性高、反应温度窗口宽、酸度适宜、稳定性好等优点而受到研究者的青睐。具有NH₃-SCR活性的分子筛结构有许多，如常见的ZSM-5，BEA，USY，SAPO-34，SSZ-13等。

近年来，以粉煤灰为原料，同时高效利用硅铝资源，制备硅铝分子筛主要有：A型，X型，Y型，P型，SAPO-34，ZSM-5，β型等微孔分子筛。

CN103449467A公开了一种由高铝粉煤灰制备13X分子筛的方法，其中，包括：将高铝粉煤灰与碱液混合进行预脱硅反应，过滤后得到脱硅液；将所述脱硅液与白炭黑混合得到改造脱硅液；将所述改造脱硅液与铝源混合得到硅铝溶胶；将所述硅铝溶胶晶化、过滤、洗涤和干燥，制得13X分子筛。该方法针对高铝粉煤灰提铝后的滤液，在外加铝源的情况下合成13X分子筛，没有实现粉煤灰中硅铝资源的同步利用。