[发明专利]一种基于金属蜂窝载体的超高温催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于金属蜂窝载体的超高温催化剂及其制备方法，以FeCrAl金属蜂窝为载体，以Al₂O₃/ZSM‑5分子筛复合材料作为涂层，以MOx为活性物质，其中，Al₂O₃/ZSM‑5质量比为1:9～5:5，MOx占催化剂质量1％‑20％。本发明还提供了该高温SCR脱硝催化剂的制备方法。本方法的优点是：高导热性金属蜂窝陶瓷作为载体，减小涂层温度不均产生热应力；采用氧化铝与分子筛作为涂层，避免载体高温下烧结问题，提高了涂层在高温下的稳定性；氧化铝的加入降低了分子筛的使用成本。

技术领域

本发明涉及工业催化剂技术领域，具体涉及一种中高温SCR脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术

氮氧化物(NOx)是大气主要污染物之一，是导致酸雨、光化学烟雾和臭氧层破坏重要原因之一。燃煤发电厂、水泥长、钢铁厂等行业是固定源NOx主要来源。选择性催化还原技术(SCR)是目前应用最广泛的烟气脱硝技术，该技术的核心是SCR脱硝催化剂。目前商业化的SCR催化剂工作温度窗口约为180～450℃，但不同行业所产生含NOx烟气温度差别极大，如钢铁烧结烟气仅80～180℃，而水泥行业烟气温度约900℃，玻璃行业烟气温度约450～550℃，垃圾焚烧炉、燃气轮机等场景排放烟气温度亦超过500℃，开发适宜高温运行环境的脱硝催化剂具有重要意义。

常见商用钒钛系催化剂载体二氧化钛在高温运行下发生烧结，晶型由锐钛矿型向金红石型转变，比表面积急速下降，脱硝性能降低。以耐热材料为载体，通过表面涂覆的方式负载催化剂是开发超高温脱硝催化剂的一种可行方法，目前常见的载体有堇青石陶瓷、金属蜂窝陶瓷。专利CN201811325012.6中采用了堇青石、陶瓷、金属蜂窝中至少一种材料作为载体，表面涂覆二氧化钛与氧化硅，用V、W等作为活性组分，制成了整体式催化剂。专利CNCN201910817329.X中采用金属蜂窝作为载体，氧化硅、氧化铝、氧化钛为涂层，锰与铁为活性物质，制成了整体式催化剂。以上专利中催化剂涂层依然没有脱离氧化钛系材料，氧化钛材料在高温下易烧结，比表面积急剧减小，又受限于载体的导热性，催化剂涂层可能由于热应力作用发生表面脱落。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何避免超高温脱硝催化剂在在高温下易烧结的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种高温SCR脱硝催化剂，以FeCrAl金属蜂窝为载体，以Al₂O₃/ZSM-5分子筛复合材料作为涂层，以MOx为活性物质，其中，Al₂O₃/ZSM-5质量比为1:9～5:5，MOx占催化剂质量1％-20％。

本发明还提供一种上述高温SCR脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)FeCrAl金属蜂窝预处理：将FeCrAl金属蜂窝放入稀硫酸-双氧水溶液中超声处理半小时，取出后用水清洗干净，100℃烘干2小时；

2)涂层材料制备：依据Al₂O₃/ZSM-5质量比，分别取Al(NO₃)₃·9H₂O和ZSM-5溶于适量去离子水中，ZSM-5溶液中滴加氨水调节pH至8-9后滴加Al(NO₃)₃溶液，混合溶液在50℃下水浴搅拌至形成溶胶，抽滤干燥，在马弗炉中以500℃煅烧5小时，即得到Al₂O₃/ZSM-5涂层；

3)浸渍溶液配制：根据一定质量比称取Al₂O₃/ZSM-5复合材料、金属氧化物前驱体，添加适量去离子水与助剂，机械搅拌1小时充分混合均匀，助剂为PVA、PVP中的至少一种，前驱体与Al2O3/ZSM-5复合材料的质量比因金属氧化物种类而有所不同。所以用金属氧化物的含量概括；