[发明专利]改性生物炭低温脱硝催化剂及其应用

说明书

本发明公开了一种改性生物炭低温脱硝催化剂及其应用，属于大气污染治理及环境功能炭材料领域。本发明为解决现有脱硝催化剂低温脱硝率低、制备方法复杂、成本高的技术问题，提供了一种改性生物炭低温脱硝催化剂，由以下方法制得：将生物炭进行预氧化处理，得炭载体；将炭载体在金属盐溶液中超声浸渍，烘干后，再在氧化气氛下低温煅烧，即得。本发明通过氧化气氛预氧化—金属盐溶液超声浸渍—低温氧化气氛煅烧，显著提高了改性生物炭脱硝催化剂的脱硝性能，使其在低温条件下(100‑200℃)活性更好，脱硝率高达99％。

技术领域

本发明属于大气污染治理及环境功能炭材料技术领域，具体涉及一种改性生物炭低温脱硝催化剂及其应用。

背景技术

工业烟气是我国烟气排放的重要来源，以煤为燃料的锅炉或火力发电厂以及以铁矿石为原料的钢铁厂等每年排放大量污染烟气。烟气中的氮氧化物(NO_X)会引发灰霾、臭氧污染等诸多环境问题，是大气污染的主要来源。有效控制NOx的排放是治理大气污染的重要课题。选择性催化还原(SCR)是当前最有效的烟气脱硝技术之一，具体是以NH₃等作为还原剂在一定温度和催化剂作用下选择性地将NOx还原成N₂和H₂O，由于其操作过程简单、脱硝效率高等特点，已成为国内外烟气脱硝领域的研究热点。近年来，工业上普遍采用钒钛氧化物系脱硝催化剂，在300～450℃温度下将烟气中的NOx还原为N₂。然而，为有效避免飞灰及其它组分对催化剂的磨损、堵塞和毒化作用，脱硝催化剂一般放置在除尘脱硫装置之后，此时烟气温度通常在100～150℃，因此需要将烟气加热到300℃以上后进行脱硝，导致能耗提高。为了避免烟气再加热导致处理成本的增加，开发高效低温脱硝催化材料已成为解决低温脱硝技术问题的当务之急。

目前，国内外低温脱硝催化剂的研究主要集中在金属氧化物(如Mn、Ce、V、Fe、Cu等)，其中锰氧化物如MnO、MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄、Mn₅O₈等，因其多价态氧化还原循环反应，丰富的酸性位和表面活性氧，优异的低温催化活性，且价格低廉，受到广泛关注。此外，将Mn负载到载体上可以提高活性组分的分散度、增大比表面积，进一步提高催化剂活性。相对于TiO₂、Al₂O₃、SiO₂等载体，多孔炭如生物炭、活性炭、活性炭纤维等具有来源广泛、生态可持续、成本低廉等优势，同时其多孔结构可为活性组分的负载和反应气体分子的扩散、吸附、反应提供场所，并且其丰富的表面官能团作为催化转化的活性位点，令其可在更低的温度下(80～150℃)表现出良好的催化活性，非常适宜作为低温SCR催化剂的载体。因此，载锰多孔炭催化剂是一种极具应用前景的低温脱硝催化剂。

CN107115868A公开了一种基于活性炭的低温SCR脱硝催化剂及其制备方法：将太西无烟煤、太原府谷煤、桂林褐煤粉碎后按一定比例混合均匀，加入粘结剂成型得到圆柱形蜂窝状型料坯体；将干燥后的蜂窝状型料坯体置于锻烧炉中，先在氮气氛围下升温至240～250℃；然后通空气氧化6h；然后通氮气升温至650～700℃，炭化反应1h，继续升温至900～950℃；进而改通CO₂活化反应2h，再在氮气保护下冷却至室温，得到炭基蜂窝结构载体；再将载体于室温下超声浸渍浓硝酸1h后，洗涤至中性后置于烘箱中烘干；将烘干后的载体浸泡于 Ce(NO₃)₃、Fe(NO₃)₃、Cu(NO₃)₂与Mn(NO₃)₂溶液的混合溶液中，在氮气保护下升温至600～700℃锻烧3h，即得低温脱硝催化剂。该发明催化剂制备过程复杂，且在150℃时的脱硝率只有84％。