[发明专利]一种具有多级大孔-介孔结构的低温SCR脱硝催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于烟气脱硝技术领域，涉及一种具有多级大孔-介孔结构的低温选择性催化还原（SCR）脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术

氮氧化物是造成我国大气污染的关键污染物，2011年3月通过的“十二五”规划纲要，将氮氧化物首次列入约束性指标体系，要求减少10%；2012年1月实施的《火电厂大气污染物排放标准》也对氮氧化物的排放提出了更严格的要求，氮氧化物已经成为我国下一阶段污染减排的重点。

以NH₃为还原剂的工艺由于其净化效率高、二次污染小、技术方法成熟而成为目前工业应用最为广泛的烟气脱硝技术。目前商用的NH₃-SCR催化剂，主要是V₂O₅-TiO₂或V₂O₅-WO₃(MoO₃)-TiO₂，该类催化剂的活性高、抗硫性能好。但是此类催化剂的操作温度范围是350~400 °C，SCR反应器需要安装在省煤器之后，除尘器和脱硫装置之前，烟气中的粉尘及SO₂会对催化剂造成阻塞和毒化；此外，高温环境容易引起催化剂烧结，缩短了使用寿命，增大运行成本。因此，研究和开发具有低温活性的SCR催化剂具有重要的经济和实际意义。目前, Mn/TiO₂催化剂由于其优越的低温活性受到人们的关注，但Mn/TiO₂催化剂仍存在以下不足：（1）活性在低温范围内不令人满意；（2）低温抗硫性普遍较差。

多级大孔-介孔材料是一种具有较大比表面积的新型材料，研究表明具有多孔结构的催化剂能够提高活性物种的分散度，抑制硫酸盐在催化剂表面的沉积。本发明在Mn/TiO₂催化剂的基础上，通过添加表面活性剂制备了一种具有优良低温活性和抗硫中毒性能的脱硝催化剂。

专利申请号为201010260914.3的专利文件公开了一种以TiO₂-介孔SiO₂为复合载体的SCR烟气脱硝催化剂，该催化剂只在高温范围内有较好的脱硝活性；专利申请号为201110158203.X的专利文件公开了一种基于介孔TiO₂载体的SCR烟气脱硝催化剂，以介孔TiO₂为载体、WO₃和CeO₂为助剂、V₂O₅为活性组分，该催化剂在200-450 °C的范围内表现出较好的活性，但在低温范围内活性差。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的，是提供一种在低温范围具有高活性及较好抗硫能力的多级大孔-介孔SCR脱硝催化剂。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有多级大孔-介孔结构的低温抗硫SCR催化剂，以Mn的氧化物为活性组分，以具有多级大孔-介孔结构的TiO₂为载体；Mn的氧化物包括MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄等多种氧化物，其质量百分数选择为：6~30%，载体的质量百分数为：70~94%，两种成分质量百分数之和满足100%。

上述催化剂的组成可表示为Mn/TiO₂，制备该催化剂时，Mn的氧化物以硝酸锰的形式加入，TiO₂以钛酸四丁酯作为钛源，制备过程中添加表面活性剂以形成多级大孔-介孔结构，其具体步骤包括：

（1）将表面活性剂溶于无水乙醇，使其浓度为5~30 g/L；

（2）将钛酸四丁酯溶于步骤（1）所得到的溶液中，然后添加冰乙酸，得到黄色透明溶胶。钛酸四丁酯、无水乙醇和冰乙酸的质量比为1:1~2:0.2~1；

（3）向步骤（2）所得到的黄色透明溶胶中逐滴加入质量百分数为30~80%的Mn(NO₃)₂溶液，搅拌0.5~6小时得到深黄色透明溶胶。其中Mn(NO₃)₂与钛酸四丁酯的质量比为0.11~0.41:1；

（4）将步骤（3）得到的溶胶于室温下静置1~14天，得到黄褐色凝胶。将凝胶烘干，然后在300~600 °C下焙烧0.5~8小时。