本發(fā)明涉及一種寬溫域mn基nh3-scr脫硝催化劑的制備方法及應(yīng)用，具體說它是對(duì)大氣污染物質(zhì)no進(jìn)行有效降解的催化劑，屬于大氣污染治理和環(huán)保催化環(huán)境領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、氮氧化物(nox)是大氣中的主要污染物之一，主要來自固定污染源和移動(dòng)污染源的廢氣排放。nox不僅危害人體健康，還會(huì)產(chǎn)生光化學(xué)煙霧、酸雨、溫室效應(yīng)，導(dǎo)致臭氧消耗等環(huán)境污染。因此，控制nox的排放是當(dāng)前大氣污染治理的重要內(nèi)容之一。

2、nh3選擇性催化還原(nh3-scr)技術(shù)已成為脫除固定源和移動(dòng)源煙氣中nox的一種有效減排工藝。nh3-scr技術(shù)是以液氨或尿素作為氨源，在催化劑作用下選擇性的與nox反應(yīng)生成無毒無害的n2和h2o的過程。催化劑是nh3-scr技術(shù)的核心，催化劑性能的優(yōu)劣會(huì)直接影響整個(gè)nh3-scr系統(tǒng)的脫硝效果。因此，nh3-scr降解nox的催化劑的開發(fā)勢(shì)在必行。

3、傳統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外商業(yè)化的v2o5-wo3(moo3)/tio2脫硝催化劑具有低溫活性(<300℃)差，操作溫度窗口窄(300-400℃)，釩物種具有生物毒性、抗毒性差等缺陷，限制了其使用范圍。mn基催化劑由于具有可變的價(jià)態(tài)和優(yōu)異的氧化還原能力，因此表現(xiàn)出優(yōu)異的低溫scr活性，并且無毒、價(jià)格低廉，是替代v基催化劑的環(huán)保型的scr催化劑，受到了人們的廣泛關(guān)注。然而，單一mn基催化劑仍然存在工作溫度窗口窄、高溫下活性低等缺點(diǎn)，限制了其實(shí)際應(yīng)用。因此，亟需對(duì)mn基催化劑進(jìn)行改性研究，開發(fā)一種成本低廉、效率高并且具有較優(yōu)活性和較寬操作溫度窗口的環(huán)保型nh3-scr脫硝催化劑，以滿足越來越嚴(yán)格的nox排放標(biāo)準(zhǔn)。

4、本專利的設(shè)計(jì)思路是首先篩選出具有良好低溫活性且成本低廉的無毒的mn作為金屬活性組分。首先優(yōu)化了活性組分mn的含量，載體與活性組分的摩爾比為n(ti(so4)2):n(mn(no3)2·4h2o)＝1:0.1具有較優(yōu)的低溫活性，但是操作溫度窗口較窄。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道引入助劑ce和nb會(huì)提升其催化劑的低溫活性和拓寬操作溫度窗口，但引入助劑ce和nb之后的低溫脫硝活性仍不如意。本以為助劑ce和nb具有的特殊物理化學(xué)性質(zhì)，應(yīng)該具有較高低溫活性，但未能表現(xiàn)出來。由于催化劑的制備方法會(huì)影響催化劑的形貌、結(jié)構(gòu)、比表面積以及各組分的分散性及其相互作用力等，從而影響其反應(yīng)性能。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道順加共沉淀法和并加共沉淀法能提升其催化劑的低溫活性，但制備的催化劑的低溫脫硝活性仍不如意。本以為順加共沉淀法和并加共沉淀法制備的催化劑應(yīng)該具有較高低溫活性，但未能表現(xiàn)出來。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是采用反向共沉淀法制備了一種寬溫域mn基nh3-scr脫硝催化劑的制備方法及應(yīng)用。反向共沉淀法是指溶液滴入沉淀劑，逐漸沉淀的過程，能夠更加高效的將所需物質(zhì)沉淀出來。本發(fā)明解決的第一個(gè)問題是開發(fā)具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高活性、廉價(jià)無毒的mn基金屬氧化物催化劑；本發(fā)明解決的第二個(gè)問題是擴(kuò)寬催化劑的操作溫度窗口，尤其是其低溫活性，在166-443℃實(shí)現(xiàn)80％以上no轉(zhuǎn)化率。本發(fā)明解決的第三個(gè)問題是采用反向共沉淀法制備mn0.1ce0.1nb0.03tiox-rcp催化劑，該制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低，效率高，易于控制，適合工業(yè)生產(chǎn)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、一種寬溫域mn基nh3-scr脫硝催化劑的制備方法及應(yīng)用，包括以下步驟：

4、(a)稱取計(jì)量比的活性組分mn(no3)2·4h2o、助劑ce(no3)4·6h2o、助劑c10h5nbo20溶于去離子水中，攪拌直至完全溶解，得到透明溶液；

5、(b)將計(jì)量的ti(so4)2載體加入(a)步驟得到的透明溶液中；

6、(c)在攪拌的情況下將步驟(b)溶液逐滴加入至過量的氨水中，用鹽酸調(diào)節(jié)ph≈9.5；

7、(d)將步驟(c)得到的溶液攪拌1h，再老化1h；

8、(e)將步驟(d)得到的溶液轉(zhuǎn)入離心管里面離心，洗滌至中性；

9、(f)將步驟(e)得到的樣品催化劑放在110℃烘箱中，過夜干燥；

10、(g)將(f)步驟得到的樣品研磨至細(xì)粉，放在馬弗爐中，焙燒5h，即可制得mn0.1ce0.1nb0.03tiox-rcp催化劑。

11、按照上述方案，載體與活性組分的摩爾比為n(ti(so4)2):n(mn(no3)2·4h2o)＝1:0.1；

12、按照上述方案，載體與助劑ce的摩爾比為n(ti(so4)2):n(ce(no3)4·6h2o)＝1:0.1；

13、按照上述方案，載體與助劑nb的摩爾比為n(ti(so4)2):n(c10h5nbo20)＝1:0.03；

14、按照上述方案，所述的ti(so4)2的質(zhì)量為3g；

15、按照上述方案，所述的反向共沉淀法制備條件有沉淀劑、ph值和老化時(shí)間；

16、按照上述方案，所述的沉淀劑有nh3·h2o、na2co3和naoh；

17、按照上述方案，所述的ph值有9、9.5、10和10.5；

18、按照上述方案，所述的老化時(shí)間有0.5h、1h、3h和5h；

19、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案任意一項(xiàng)所述的制備方法所制備的nh3-scr降解no催化劑在尾氣脫硝中的應(yīng)用。

20、本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

21、1.采用反向共沉淀法制備的mn0.1ce0.1nb0.03tiox-rcp金屬氧化物催化劑具有較優(yōu)的低溫催化活性和較寬的溫度操作窗口。在250℃最高no轉(zhuǎn)化率可達(dá)到98.5％，t80溫度區(qū)間為166～443℃。

22、2.采用反向共沉淀法制備催化劑，該制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低，效率高，易于控制，適合工業(yè)生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種寬溫域mn基nh3-scr脫硝催化劑的制備方法及應(yīng)用，該制備方法包括以下各步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫域mn基nh3-scr脫硝催化劑的制備方法及應(yīng)用，其特征在于，載體與活性組分的摩爾比為n(ti(so4)2):n(mn(no3)2·4h2o)＝1:0.1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的寬溫域mn基nh3-scr脫硝催化劑的制備方法及應(yīng)用，其特征在于，載體與助劑ce的摩爾比為n(ti(so4)2):n(ce(no3)4·6h2o)＝1:0.1。

4.根據(jù)權(quán)利要求書1-3任一項(xiàng)所述的寬溫域mn基nh3-scr脫硝催化劑的制備方法及應(yīng)用，其特征在于，載體與助劑nb的摩爾比為n(ti(so4)2):n(c10h5nbo20)＝1:0.03。

5.根據(jù)權(quán)利要求書1-4任一項(xiàng)所述的寬溫域mn基nh3-scr脫硝催化劑的制備方法及應(yīng)用，其特征在于，所述載體為前驅(qū)體ti(so4)2。

6.根據(jù)權(quán)利要求書1-5任一項(xiàng)所述的寬溫域mn基nh3-scr脫硝催化劑的制備方法及應(yīng)用，其特征在于，采用nh3·h2o作為沉淀劑。

7.根據(jù)權(quán)利要求書1-6任一項(xiàng)所述的寬溫域mn基nh3-scr脫硝催化劑的制備方法及應(yīng)用，其特征在于，采用ph值約為9.5。

8.根據(jù)權(quán)利要求書1-7任一項(xiàng)所述的寬溫域mn基nh3-scr脫硝催化劑的制備方法及應(yīng)用，其特征在于，采用老化時(shí)間為1h。

9.根據(jù)權(quán)利要求書1-8任一項(xiàng)所述的用于任一項(xiàng)所述的用于nh3-scr降解no催化劑在尾氣脫硝中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種寬溫域Mn基NH3?SCR脫硝催化劑的制備方法及應(yīng)用，具體是對(duì)大氣污染物質(zhì)NO進(jìn)行有效降解的催化劑，屬于大氣污染治理和環(huán)保催化環(huán)境領(lǐng)域。該催化劑首先采用共沉淀法，選用具有良好低溫活性且成本低廉的無毒的Mn作為金屬活性組分，Ti(SO4)2作為載體前驅(qū)體，Ce和Nb作為助劑，并優(yōu)化了各組分之間的比例，制備了具有較優(yōu)活性的Mn0.1Ce0.1Nb0.03TiOx?CP催化劑。然而，該催化劑的低溫活性還有待提升，因此，我們之后采用不同制備方法對(duì)Mn0.1Ce0.1Nb0.03TiOx?CP催化劑進(jìn)行了增強(qiáng)改性處理，探討了不同沉淀劑、不同pH值和不同老化時(shí)間對(duì)催化劑活性的影響，制備了一系列催化劑，合成出了最優(yōu)的低溫活性和最寬的操作溫度窗口的Mn0.1Ce0.1Nb0.03TiOx?RCP催化劑，在250℃最高NO轉(zhuǎn)化率可達(dá)到98.5％，T80溫度區(qū)間為166?443℃，相比常規(guī)共沉淀法制備的Mn0.1Ce0.1Nb0.03TiOx?CP催化劑，低溫活性進(jìn)一步下降，T80操作溫度區(qū)間進(jìn)一步拓寬。另外，該制備方法工藝簡(jiǎn)單，制備條件易于控制，適合工業(yè)化生產(chǎn)。同時(shí)，表征結(jié)果表明，采用反向共沉淀法制備的催化劑主要呈現(xiàn)非晶態(tài)的無定型結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了催化劑的氧化還原性能以及各組分之間的相互作用力，有利于催化劑脫硝活性的提升。

技術(shù)研發(fā)人員：郭芳,劉慶,許俊強(qiáng),謝茂林,李艷蘭,劉佳穎,彭敬銘
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28