[发明专利]一种非矾基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种非矾基催化剂及其制备方法和应用，包括蜂窝催化剂载体和催化涂层；所述催化涂层包括W的氧化物、Co的氧化物、Mn的氧化物、Ni的氧化物、Ce和Zr复合氧化物、Ti的氧化物、Si的氧化物。所述催化剂为无矾催化剂、将脱硝和脱二噁英过程耦合在一体，效率高、成本低。

技术领域

本申请涉及一种非矾基催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂及其制备领域。

背景技术

垃圾和煤炭燃烧过程中产生NOx和二噁英，NOx的形成机理分为三种：(1)热力型；(2)瞬时反应型；(3)燃料型。NOx以气态污染物的形式排放；而二噁英的形成机理相对比较复杂，主要包括三种途径：(ⅰ)高温生成(Pyrosynthesis)，即均质高温气相生成，在500–800℃条件下从石墨碳结构裂解生成PCDD/Fs，同时生成大量的碳黑和多环芳烃(PAHs)，以及许多PCDD/Fs前躯体化合物，如氯苯(CBs)、氯酚(CPs)、多氯联苯(PCBs)和多氯联苯醚(PCDEs)等；(ⅱ)从头生成(de novo合成)，实质是气相燃烧过程中产生的碳黑(变质石墨结构)在200～500℃条件下的异相催化氧化降解，主要氧化产物是CO和CO₂，并由此生成各种有机副产物：PCDD/Fs、CBs、PCBs和CPs等；(ⅲ)前躯体生成，即CBs、CPs、PCBs和PCDEs等前体化合物在铜和铁等金属的催化作用下(200～500℃)通过缩合反应生成PCDD/Fs。研究表明当温度在340℃，2.9s的停留时间下得到最高的含氯芳香烃浓度，而当废气快速冷却到260℃时，可以获得最小的污染浓度；为了减少二噁英的生成，需要将废气温度快速冷却到260℃以下。另外，通过控制飞灰来减少二噁英的排放，而飞灰的尺寸是一个重要的变量，常用的除尘方法仅仅分离了大颗粒的飞灰，而小颗粒的飞灰是含氯芳香烃产生的主要贡献者。此外，通过添加无机抑制剂(含硫化合物、碱性化合物和氨等)以及有机抑制剂(2～氨基乙醇、三乙醇胺、尿素、乙二醇等)来控制二噁英排放。专利ZL201010116105.5公开了一种烟气净化的方法和系统，该专利采用催化剂实现对氮氧化物的裂解、借助于吸附剂吸附烟气中的二噁英/呋喃，所采用的催化剂和吸附剂为优化活性焦，活化剂采用的为无机盐Fe₂(SO₄)₃或金属氧化物Cr₂O₃。专利CN201510433803.0公开了一种抗酸性脱硝二噁英催化剂，催化剂中主要成分为二氧化钛20～30％、五氧化二钒0.6～1.5％、三氧化钨5～7％、玻璃纤维30～40％，其余为树脂，催化剂通过挤出成型。专利CN201711348073.X公开了一种低温协同脱硝二噁英脱汞催化剂及其制备方法，该催化剂以偏钛酸、硫酸化坡缕石为载体，以铜氧化物、锰氧化物、矾氧化物为催化涂层，以稀土金属氧化物为活性助剂，催化剂通过整体挤出成型，可实现80～300℃低温协同脱硝脱二噁英脱汞，催化剂脱硝效率95％以上，脱二噁英效率90％以上。专利CN201710939660.X公开了一种烟气治理方法，该方法中采用的烟气处理剂为纳米氧化钙70～96wt.％、纳米三氧化二铁2～15wt.％和纳米二氧化硅2～15wt.％，该烟气处理剂为颗粒状。专利201510427199.0也公开了一种一体化脱除NOx和二噁英的V～W～Ti～Mo催化剂，催化剂为颗粒状。专利201510290287.0公开了一种稀土基复合多组分脱硝、脱二噁英催化剂，催化剂以TiO₂、Si粉为载体以钨的化合物和矾的化合物以及镧的化合物为催化涂层，通过混炼、造粒、捏合、成型、干燥、焙烧制成。专利CN201310464226.2公开了一种烟气脱硝脱二噁英特种陶瓷催化剂及其制备方法，催化剂组成为二氧化钛60％～90％，三氧化钨3％～9％，五氧化二钒0.1％～2％，二氧化硅1％～5％，过渡金属0.1％～2％，玻璃纤维3％～10，催化剂通过挤出成型。专利ZL201410467844.7公开了一种稀土基复合多组分脱硝、脱二噁英催化剂及制备方法，以二氧化钛(即钛白粉)、硅粉为载体，以偏钨酸铵、偏钒酸铵、硝酸铈和硝酸镧为催化涂层，通过混炼、造粒、捏合、成型、干燥、焙烧制成。上述专利公开报道的脱二噁英和脱硝一体化催化剂，主要的催化涂层为V～Ti～W体系或添加少量的稀土元素；催化剂的构型以颗粒催化剂或整体挤出催化剂为主。