[发明专利]三维网络结构整体式脱硝催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种采用涂层技术制备的具有三维网络结构整体式SCR脱硝催化剂的制备方法。

背景技术

氮氧化物（NOx）包括NO、N₂O、NO₂、N₂O₄等，是世界公认的主要大气污染物之一。世界各国已陆续发布了相关法令，严格限制NOx的排放。在我国，2012年1月1日起执行的火电厂大气污染物排放标准（GB-13223-2011）中，氮氧化物排放浓度限值为200mg/m³，2013年4月1日起执行的硝酸工业污染物排放标准（GB26131-2010）中，氮氧化物排放浓度限值为300mg/m³。因此，如何控制NOx排放量已成为企业所必须面临的问题。

防止氮氧化物产生和脱除氮氧化物是减少NOx排放的两大主要途径。前者常通过锅炉改进和低氮氧化合物技术来实现，而以NH₃为还原剂的选择性催化还原（SCR）技术是目前工业上脱除NOx最有效的方法(Nakajima F and Hamada I. Catalysis Today, 1996, 29(1-4): 109)。整体式催化剂的研制与开发是SCR技术的核心，已有的整体式催化剂所使用的载体主要包括蜂窝陶瓷、活性炭或金属丝网，蜂窝陶瓷和活性炭载体易受烟气中的水、二氧化硫和粉尘的影响发生堵塞和中毒，且其需要成型、机械强度低、传质性能差、使用寿命短、热响应慢、易破碎等，增加动力系统的耗能。尽管以金属丝网为载体制得脱硝催化剂（中国专利CN101391214A、CN101274282B、CN100455352C、CN102166515A、CN102580763A）在改善传质传热等方面取了一些有意义的结果。但是，以金属丝网制作的整体式脱硝催化剂存在网孔过大、催化剂担载量低、活性组分分布不均匀以及不易折成各种形状等缺点。

以金属纤维为原料，通过打浆—造纸—焙烧—烧结等步骤制作成具有三维网络结构的金属纤维饼，因其独特的形状因子、传质传热好、大孔隙率、压力降小等优点已被用作制备整体式氨分解制氢催化剂（CN101147863A; Lab Chip, 2007, 7(1): 133）、宏观三维结构的纤维—碳纳米管（J Matter Chem, 2009, 19(22): 3632）、整体式甲醇重整制氢催化剂（Int J Hydrogen Energy, 2011, 36(20): 12833）、整体式醇选择氧化银催化剂（Appl Catal B, 2010, 99(1-2): 222; Catal Comm. 2009,10(10): 1376）。在早期工作（中国专利申请：201310511214.0）中，将载体TiO₂或Al₂O₃同金属纤维一起打浆—造纸—高温烧结等步骤将其束缚于具有三维网络结构的金属纤维中，再通过负载助剂WO₃、活性组分V₂O₅等制成了一种整体式SCR脱硝催化剂。但截至目前为止，采用涂层技术将载体TiO₂束缚于已烧结的具有三维网络结构的金属纤维中而制得的整体式SCR脱硝催化剂未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足而提供的一种采用涂层技术将TiO₂负载到烧结金属纤维饼上，再通过浸渍法将助剂WO₃及活性组分V₂O₅负载到上述载体上制备的具有三维网络结构的整体式SCR脱硝催化剂，从根本上实现了催化剂和反应器一体化设计的新材料和新结构。

本发明的目的是这样实现的：

一种三维网络结构整体式脱硝催化剂的制备方法，它具有以下步骤：

第一步：将直径为2～20微米、长2～3毫米的金属纤维和纤维素加入水中打浆，在纸业成型器上制成薄层滤饼，100 ℃干燥12 h后，于450 ℃空气氛中焙烧2 h，再于800~1200℃氢气氛中焙烧1 h，制得具有三维网络结构的金属纤维饼，其中，金属纤维与纤维素的重量比为3:1；

第二步：按蒸馏水、乙醇、盐酸体积比为1:3.5:0.2配制A液；按钛酸丁酯、冰醋酸、乙醇体积比为1:1.17:2配制B液，室温搅拌下将A液滴入B 液中，继续搅拌2 h，得透明溶胶，其中，A与B溶液的体积比为1:2~4；