[发明专利]一种3D打印制备的具有点阵结构的球状脱硝催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及脱硝催化剂技术领域，具体公开一种3D打印制备的具有点阵结构的球状脱硝催化剂及其制备方法。所述制备方法，包括以下步骤：设计3D打印模型和3D打印参数；将粉末材料送入3D打印设备的打印平台进行铺层，喷射粘结剂将粉末材料粘接形成二维薄片，逐层打印得坯体，进行烘干处理后，煅烧，得到具有点阵结构的球状脱硝催化剂。本发明提供的3D打印制备的具有点阵结构的球状脱硝催化剂，是内部具有空间点阵结构的多孔球状脱硝催化剂，孔密度高、比表面积大且孔隙率高，内部的不规则柱状结构可有效阻挡烟气的顺利通过，增加催化剂与烟气的接触几率，催化剂的有效利用率高，增强烟气脱硝效果。

技术领域

本发明涉及脱硝催化剂技术领域，尤其涉及一种3D打印制备的具有点阵结构的球状脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术

脱硝催化剂主要用于燃煤电站、钢铁、水泥行业的烟气脱硝。选择性催化还原(SCR)工艺作为主流的烟气脱硝技术，已在国内外广泛应用。目前，国内外用于SCR法脱硝的催化剂主要有蜂窝式、平板式和波纹式3种型式。其中，蜂窝式催化剂与其他形式的催化剂相比，具有开孔率高、压降低、比表面积大、活性高、寿命长的特点，市场份额占到60％以上。然而，蜂窝式脱硝催化剂的成型是其制备工艺中的关键环节，受限于挤出机制造技术、模具制造精度和原料制造水平，非蜂窝式结构远远达不到高端蜂窝式脱硝催化剂在表面积、孔隙率等方面的要求。

虽然现有技术中已经有采用光固化3D打印技术制备SCR脱硝催化剂和采用3D打印成型制备蜂窝式脱硝催化剂的相关报道，所得催化剂层能得到一定的改善，但与传统工艺相同，仍需要前期的混炼工艺，工艺流程仍然较长，且设备投资费用较高。此外，采用3D打印成型制备的蜂窝式催化剂是通过材料线条一层一层叠积而成，尽管催化剂内部呈蜂窝状，但蜂窝式催化剂整体的比表面积和孔隙率仍需进一步地改善以提高催化剂的有效利用率，且蜂窝状对于烟气的阻挡效果较差，使烟气与催化剂的有效接触时间较短，脱硝效果有待进一步地提高。

发明内容

针对现有脱硝催化剂存在的上述技术问题，本发明提供一种3D打印制备的具有点阵结构的球状脱硝催化剂及其制备方法。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种3D打印制备的具有点阵结构的球状脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1；根据所需的球状脱硝催化剂的点阵结构，设计3D打印模型，将所述3D打印模型进行分层处理分解成一系列二维薄片模型，并设定3D打印参数；

S2；将粉末材料送入3D打印设备的打印平台进行铺层形成粉末层，3D打印设备的打印头喷射粘结剂将所述粉末材料粘接形成二维薄片，依次不断重复，逐层打印得具有预设结构的球状坯体，其中，若粉末材料为脱硝钛钨和偏钒酸铵的混合粉末，则所得坯体为催化剂坯体，若粉末材料为脱硝钛钨，则所得球状坯体为催化剂载体坯体；

S3、将所述催化剂坯体进行烘干处理后，煅烧，得到具有点阵结构的球状脱硝催化剂；将所述催化剂载体坯体置于钒浸渍液中进行浸渍处理，烘干后，煅烧，得到具有点阵结构的球状脱硝催化剂。

相对于现有技术，本发明提供的3D打印制备的具有点阵结构的球状脱硝催化剂的制备方法，将粘结剂喷射3D打印技术和烧结工艺的相互结合来生产SCR脱硝催化剂，可根据不同需求，设计具有不同点阵结构的催化剂，并能够相应地控制产品规格参数如比表面积和孔隙率等，且该方法操作简便，无需混炼，工艺流程短，设备成本低，加工成本低，打印速度更快，可用于大批量生产。该制备方法制得的脱硝催化剂是内部具有空间点阵结构的多孔球状脱硝催化剂，具有孔密度高、比表面积大、孔隙率高等优点，与蜂窝式脱硝催化剂相比，点阵结构内部的不规则柱状结构可有效阻挡烟气的顺利通过，增加催化剂与烟气的接触几率，催化剂的有效利用率高，增强烟气脱硝效果。此外，本发明中的催化剂可采用组合填装方法，将球径、孔结构尺寸相同的催化剂放在同一个长方体填装隔室中，便于组合和拆卸，实现不同结构催化剂的充分利用。