[发明专利]一种层柱累托石脱硝催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构化脱硝催化剂，尤其涉及一种层柱累托石脱硝催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氮氧化物(NO_X)是世界公认的主要大气污染物之一。NO_X是酸雨的主要来源，还是光化学烟雾的前体物质，同时对人体健康和生态环境将形成较大危害。NO_X为火力发电排放的最主要污染物之一，为了解决这个问题需要一种烟气脱硝技术，使空气中氮氧化合物(NO_X)转化为无毒害的物质。目前，燃煤电站最有效的NO_X控制技术是选择性催化还原(SCR)工艺，而SCR技术的关键是高性能的催化剂。

传统的SCR催化剂为V₂O₅-WO₃-TiO₂系催化剂，其中V₂O₅为活性成分，WO₃为助催化剂，TiO₂为载体，由于该催化剂反应温度要求较高、抗硫中毒能力低、且易烧结，应用受到一定限制。一般而言现有的脱硝催化剂存在强度低，易粉化、使用寿命短，制作过程不易成型脱模，且孔隙度不理想等不足。

层柱粘土催化剂是一种类分子筛的新型粘土矿物材料，是近年来粘土应用领域的研究热点。它利用粘土矿物的膨胀性和层间的阳离子交换性，将有机阳离子或无机金属阳离子团引入层间，形成具有一定比表面积和孔结构的纳米复合矿物材料。层柱粘土催化剂具有比表面积大、具有表面酸性、稳定性较强等优势，可以很好的通过还原剂选择性的将NO_X还原为N₂和H₂O。

目前关于研究层柱粘土SCR催化剂的研究对象一般为蒙脱石以及蒙托石含量较高的膨润土，对累托石的研究相对较少。与蒙脱土相比，累托石独特结构特征使得其热稳定性更强，并且累托石还具有良好的胶体性、膨胀性以及离子交换性，因此以累托石作为新型SCR催化剂的研究对象应具有很强的实用性。

发明内容

为克服现有技术存在的问题，本发明提供了一种廉价的层柱累托石脱硝催化剂及其制备方法和应用，该催化剂具有脱硝效率高、反应温度宽的特点。

一种层柱累托石脱硝催化剂，包括作为载体的层柱累托石，以及负载在载体上的活性成分V₂O₅；所述V₂O₅的负载量为2～8wt％。

为使催化剂具有更好的效果，所述的载体上还负载有助催化剂WO₃，所述WO₃的负载量为2～6wt％；所有负载量为相对于层柱累托石重量。

所述的层柱累托石为钛层柱累托石、铝层柱累托石、铁层柱累托石和锆层柱累托石中的一种或几种；优选采用钛层柱累托石或铝层柱累托石

累托石为规则间层粘土矿物，特征标志是由两种矿物粘土组分规则交替排列组成。累托石属于规则间层矿物结构的层状粘土，是由不可膨胀的云母层和可膨胀的蒙皂石层共用相邻的2：1粘土层，交替有序排列而成的一种结晶矿物粘土。

本发明还提供了一种层柱累托石脱硝催化剂的制备方法，包括：

层柱累托石的制备：将水与累托石混合得到质量分数为1～5％的累托石悬浮液，以金属氧化物前驱体作为交联剂与累托石悬浮液进行离子交换，过滤洗涤后在25～150℃下干燥0.5～12h，焙烧得到所述的层柱累托石；

活性成分V₂O₅的负载：将偏钒酸铵溶液浸渍层柱累托石，老化、干燥、煅烧，得到层柱累托石负载钒的催化剂。

所述的交联剂为钛氧化物交联剂、铝氧化物交联剂、铁氧化物交联剂和锆氧化物交联剂中的一种或几种。如氧化钛前身可为水解钛溶胶，氧化铝的前身物可选自水合氧化铝或铝溶胶。金属氧化物交联剂，其中金属氧化物M满足，M与粘土(clay)比值为10～30mmol/g。

若同时负载活性成分V₂O₅和助催化剂WO₃，将将偏钒酸铵和偏钨酸铵溶液混合后浸渍层柱累托石，老化、干燥、煅烧，得到层柱累托石负载钒、钨的催化剂。

层柱累托石制备时，过滤洗涤后的层柱粘土约在25～150℃下进行干燥，干燥时间约为0.5～12h，干燥后在马沸炉以1～5℃/min的速度升温至300～500℃焙烧2～5h。