一种凹凸棒土为载体制备的脱硝催化剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及脱硝催化剂领域，尤其涉及一种凹凸棒土为载体制备的脱硝催化剂及其制备方法。


背景技术：

2.氮氧化物（no
x
）是主要的大气污染物之一，包括no、no2、n2o、n2o3、n2o
5 等多种氮的氧化物，氮氧化物作为一次污染物，对人体健康有较大的危害。选择性催化还原(scr)技术是在脱硝催化剂的作用下，选择性的将no
x
还原成n2和h2o的技术。相比选择性非催化还原(sncr)技术，其具有较低的氨逃逸率。选择性催化还原技术的关键在于催化剂的催化效果，目前已经商业化的脱硝催化剂为是以二氧化钛为载体、五氧化二钒和三氧化钨为有效成份。但是现有的脱硝催化剂主要存在以下问题：第一，现有的脱硝催化剂易粉化，粉化后的脱硝催化剂易随处理后的气体一起排出，造成脱硝催化剂的耗损量较大，另外需在脱硝的后方使用除尘袋进一步除尘，避免环境发生粉尘污染；第二，脱硝催化剂的表面孔隙率低，导致现有的脱硝催化剂的催化效果差。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种凹凸棒土为载体制备的脱硝催化剂及其制备方法。
4.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种凹凸棒土为载体制备的脱硝催化剂，包括凹凸棒土、二氧化钛、五氧化二钒和三氧化钨，其中凹凸棒土的重量份数为50-65份，二氧化钛的重量份数为15-20份，所述五氧化二钒和所述三氧化钨占所述脱硝催化剂的质量分数为10-15%，五氧化二钒和三氧化钨的摩尔比为5-6.4:1。
5.制备一种凹凸棒土为载体制备的脱硝催化剂的方法，包括以下步骤：s1，凹凸棒土改性：取凹凸棒土，将其进行研磨，过筛，过筛后的凹凸棒土，置于酸性溶液中加热并搅拌2-5h，加热温度为75-90℃，过滤、过滤产物添加蒸馏水搅拌冲洗至中性后过滤，过滤产物干燥、研磨后过筛得改性凹凸棒土；s2，凹凸棒土活化：称取改性凹凸棒土升高至200-300℃后在n2的保护下通入水蒸气与凹凸棒土充分接触反应2h；s3，将钒盐和钨盐溶于水中形成金属盐溶液；s4，将改性后的活性凹凸棒土和二氧化钛一同加入到s2中的金属盐溶液中并加入沉淀剂混合均匀，加热，过滤，真空干燥制得干粉；s5：将s4制得的干粉下进行煅烧，以3℃/min进行煅烧升温，煅烧温度至350℃-450℃止，在煅烧温度下煅烧1.5-3h，完成后，降至室温得到该脱硝催化剂。
6.优选地，所述s1中的酸性溶液为磷酸或硝酸，所述酸性溶液的溶液浓度为5%-7%。
7.优选地，s4中的所述沉淀剂为氨水，滴加所述沉淀剂调节混合溶液的ph值为10-11停止滴加沉淀剂，加热温度至90-110℃并在此温度下保温1h-3h。
8.优选地，所述钒盐为偏钒酸铵或者偏钒酸钠，所述钨盐为钨酸铵、硝酸钨、氯化钨和硫酸钨，所述金属盐溶液中钒盐的物质的量浓度为1-1.5mol/l，所述钨盐的浓度为0.1-0.2mol/l，所述凹凸棒土和所述氧化金属盐溶液为1:2-5。
9.优选地，s1中过筛用到的筛网为30-60目。
10.优选地，s2中通入水蒸气的速度不超过1m/s。
11.优选地，s5中采用梯度升温煅烧的方式：首先在3℃/s进行升温至150-200℃下保温煅烧30min-50min，继续使用3℃/s升温至300-350℃保温煅烧1h-1.5h，最后在5℃/s升温至400-450℃保温煅烧30min-70min，煅烧完成后在200℃-250℃下保温3h后取出冷却至室温。
12.优选地，s1中凹凸棒土与酸性溶液的质量比为1:5-10。
13.优选地，所述改性后的活性凹凸棒土和二氧化钛的质量比为4-5:1。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果为：（1）通过酸性溶液对凹凸棒土进行改性，凹凸棒土内部孔数目增加，比表面积增大，同时将凹凸棒土孔道中的部分杂质去除掉，酸化后凹凸棒土的吸附性增加，使得以凹凸棒土为载体制得的脱硝催化剂的孔隙率高，该凹凸棒土的比表面积大，方便烟气与其上的催化剂充分接触，提高了烟气脱硝的效率。（2）当改性后凹凸棒土加入到金属盐溶液时，该金属盐溶液，改性凹凸棒土中的内部孔道内能够充分吸附金属盐溶液中的钒离子和钨离子，保证凹凸棒土上装载五氧化二钒和三氧化钨的含量高，提高生成的脱硝催化剂的脱硝效率，同时通过凹凸棒土中的内部孔道吸附承载，使得煅烧后生成去氧化二钒和三氧化钨不易脱落，延长了该脱硝催化剂的使用寿命，同时凹凸棒土的粘性高，使用时不会发生粉化，减少脱硝催化剂长期使用时的损耗，不会对环境造成粉尘污染，使用时无需在脱硝后方进一步添加除尘器，清除粉化的脱硝催化剂，降低烟气净化成本。
具体实施方式
15.为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
16.制备一种凹凸棒土为载体制备的脱硝催化剂的方法，包括以下步骤：s1，凹凸棒土改性：取凹凸棒土，将其进行研磨，过筛，过筛后的凹凸棒土，置于酸性溶液中加热并搅拌2-5h，加热温度为75-90℃，过滤、过滤产物添加蒸馏水搅拌冲洗至中性后过滤，过滤产物干燥、研磨后过筛得改性凹凸棒土；过筛用到的筛网为30-60目。保证凹凸棒土的颗粒在250μm-500μm，保证凹凸棒土颗粒细腻均匀。酸性溶液为磷酸或硝酸，所述酸性溶液的溶液浓度为5%-7%。s1中凹凸棒土与酸性溶液的质量比为1:5-10。通过酸性溶液对凹凸棒土进行改性，凹凸棒土内部孔数目增加，比表面积增大。同时将凹凸棒土孔道中的部分杂质去除掉。酸化后凹凸棒土的吸附性增加，使得以凹凸棒土为载体制得的脱硝催化剂的孔隙率高，该凹凸棒土的比表面积大，方便烟气与其上的催化剂充分接触，提高了烟气脱硝的效率。
17.s2，凹凸棒土活化：称取改性凹凸棒土升高至200-300℃后在n2的保护下通入水蒸气与凹凸棒土充分接触反应2h；通入水蒸气的速度不超过1m/s。将改性后的凹凸棒土充分活化，并且通过高温蒸气的活化，进一步改善了凹凸棒土的表面性能，提高凹凸棒土的吸附
能力。
18.s3，将钒盐和钨盐溶于水中形成金属盐溶液；将钒盐和钨盐添加在蒸馏水中进行搅拌加超声波振荡溶解，并对蒸馏水进行升温至70-80℃，增加钒盐和钨盐的溶解度，缩短溶解时间。
19.s4，将改性后的活性凹凸棒土和二氧化钛一同加入到s2中的金属盐溶液中并加入沉淀剂混合均匀，加热，过滤，真空干燥制得干粉；s5：将s4制得的干粉下进行煅烧，以3℃/min进行煅烧升温，煅烧温度至350℃-450℃止，在煅烧温度下煅烧1.5-3h，完成后，降至室温得到该脱硝催化剂。
20.通过煅烧将金属盐溶液氧化生成五氧化二钒和所述三氧化钨，五氧化二钒和三氧化钨占所述脱硝催化剂的质量分数为10-15%，其中五氧化二钒中该脱硝催化剂的10%-12%，三氧化钨占所述脱硝催化剂的2%-3%。
21.优选地，s4中的所述沉淀剂为氨水，滴加所述沉淀剂调节混合溶液的ph值为10-11停止滴加沉淀剂，加热温度至90-110℃并在此温度下保温1h-3h。
22.所述钒盐为偏钒酸铵或者偏钒酸钠，所述钨盐为钨酸铵、硝酸钨、氯化钨和硫酸钨，所述金属盐溶液中钒盐的物质的量浓度为1-1.5mol/l，所述钨盐的浓度为0.1-0.2mol/l，所述凹凸棒土和所述氧化金属盐溶液为1:2-4。保证煅烧前金属盐溶液中的钒盐和钨盐的物质的量浓度，使得煅烧后生成的脱硝催化剂中的五氧化二钒和三氧化钨的摩尔比为5-6.4:1。当改性后凹凸棒土加入到金属盐溶液时，该金属盐溶液，改性凹凸棒土中的内部孔道内能够充分吸附金属盐溶液中的钒离子和钨离子，保证凹凸棒土上装载五氧化二钒和三氧化钨的含量高，提高生成的脱硝催化剂的脱硝效率，同时通过凹凸棒土中的内部孔道吸附承载，使得煅烧后生成去氧化二钒和三氧化钨不易脱落，延长了该脱硝催化剂的使用寿命，同时凹凸棒土的粘性高，使用时不会发生粉化，减少脱硝催化剂长期使用时的损耗，不会对环境造成粉尘污染，使用时无需在脱硝后方进一步添加除尘器，清除粉化的脱硝催化剂，降低烟气净化成本。另外凹凸棒土还具有吸附除臭的作用，能够消除烟气中的异味。
23.通入水蒸气的速度不超过1m/s。使用较缓慢的水蒸气通入量，保证进入的水蒸气能够充分的与改性后的凹凸棒土接触，使得凹凸棒土与水蒸气更充分均匀的接触，增加凹凸棒土的表面活性。
24.优选地，s5中采用梯度升温煅烧的方式：首先在3℃/s进行升温至150-200℃下保温煅烧30min-50min，继续使用3℃/s升温至300-350℃保温煅烧1h-1.5h，最后在5℃/s升温至400-450℃保温煅烧30min-70min，煅烧完成后在200℃-250℃下保温3h后取出冷却至室温。采用升温煅烧的方式，一方面避免了凹凸棒土陡然遇热煅烧，增加凹凸棒土的损耗；另一方面，采用梯度升温煅烧，能够保证煅烧物质受热均匀，煅烧更加充分。
25.优选地，所述改性后的活性凹凸棒土和二氧化钛的质量比为4-5:1。为防止在煅烧过程中凹凸棒土会有少量的损耗，在煅烧过程中预留多出一定量的凹凸棒土，减少凹凸棒土损耗带来的影响。
26.实施例1：预准备：凹凸棒土的改性：取凹凸棒土，将其进行研磨，过50目筛，称取1kg凹凸棒土粉末置于10l浓度5%的磷酸溶液中加热并搅拌2-5h，加热温度为75-90℃，过滤、过滤产物添加蒸馏水搅拌冲洗至中性后过滤，过滤产物干燥、研磨后过50目筛得改性凹凸棒土。
27.金属盐溶液配置：称取526.41g偏钒酸铵和456.39g钨酸铵添加在3l的蒸馏水中进行搅拌加超声波振荡溶解，分别制得1.5mol/l偏钒酸铵溶液和0.1mol/l钨酸铵溶液，并对蒸馏水进行升温至78℃，溶解配置金属盐溶液。
28.实施例2：称取实施例1中的改性凹凸棒土100g，将其升温250℃左右后在n2的保护下以0.8m/s的速度通入水蒸气充分接触反应2h；量取500ml金属盐溶液，将活化后的凹凸棒土和30g二氧化钛添加至金属盐溶液中，搅拌混匀后滴加氨水调节混合溶液的ph值为10.3，停止加入氨水，加热溶液温度至95℃，保温2h，过滤，将过滤产物真空干燥制得干粉，将制得的干粉以3℃/min进行煅烧升温，温度至350℃-450℃止，在煅烧温度下煅烧1.5-3h，完成后，取出降至室温得脱硝催化剂。
29.实施例3：称取实施例1中的改性凹凸棒土100g，将其升温250℃左右后在n2的保护下以1m/s的速度通入水蒸气充分接触反应2h；量取500ml金属盐溶液，将活化后的凹凸棒土和30g二氧化钛添加至金属盐溶液中，搅拌混匀后滴加氨水调节混合溶液的ph值为10.4，停止加入氨水，加热溶液温度至95℃，保温2h，过滤，将过滤产物真空干燥制得干粉，将制得的干粉以3℃/min进行煅烧升温，温度至350℃-450℃止，在煅烧温度下煅烧1.5-3h，完成后，取出降至室温得脱硝催化剂。
30.实施例2和实施例3在同一炉中煅烧，煅烧条件相同，减少煅烧中温度变化对制得的脱硝催化剂造成影响，造成变量变化，不易进行对比。
31.实施例4：称取实施例1中的改性凹凸棒土100g，将其升温250℃左右后在n2的保护下以0.8m/s的速度通入水蒸气充分接触反应2h；量取500ml金属盐溶液，将活化后的凹凸棒土和30g二氧化钛添加至金属盐溶液中，搅拌混匀后滴加氨水调节混合溶液的ph值为10.3，停止加入氨水，加热溶液温度至95℃，保温2h，过滤，将过滤产物真空干燥制得干粉，将制得的干粉首先在3℃/s进行升温至200℃下保温煅烧50min，继续使用3℃/s升温至300-350℃保温煅烧70min，最后在5℃/s升温至400-450℃保温煅烧50min，煅烧完成后在200℃-250℃下保温3h后取出冷却至室温。
32.实施例5：称取实施例1中的改性凹凸棒土100g，将其升温250℃左右后在n2的保护下以0.8m/s的速度通入水蒸气充分接触反应2h；量取500ml金属盐溶液，将活化后的凹凸棒土和30g二氧化钛添加至金属盐溶液中，搅拌混匀后滴加氨水调节混合溶液的ph值为10.3，停止加入氨水，加热溶液温度至95℃，保温2h，过滤，将过滤产物真空干燥制得干粉，将制得的干粉首先在3℃/s进行升温至150℃下保温煅烧50min，继续使用3℃/s升温至300℃保温煅烧1.5h，最后在5℃/s升温至400-450℃保温煅烧50min，煅烧完成后在200℃-250℃下保温3h后取出冷却至室温。
33.实施例6：称取实施例1中的改性凹凸棒土100g，将其升温250℃左右后在n2的保护下以0.8m/s的速度通入水蒸气充分接触反应2h；量取400ml金属盐溶液，将活化后的凹凸棒土和30g二氧化钛添加至金属盐溶液中，搅拌混匀后滴加氨水调节混合溶液的ph值为10.3，停止加入氨水，加热溶液温度至95℃，保温2h，过滤，将过滤产物真空干燥制得干粉，将制得的干粉首先在3℃/s进行升温至150℃下保温煅烧50min，继续使用3℃/s升温至300℃保温煅烧1.5h，最后在5℃/s升温至400-450℃保温煅烧50min，煅烧完成后在200℃-250℃下保温3h后取出冷却至室温。
34.实施例7：称取实施例1中的改性凹凸棒土100g，将其升温250℃左右后在n2的保护
下以0.8m/s的速度通入水蒸气充分接触反应2h；量取500ml金属盐溶液，将活化后的凹凸棒土和25g二氧化钛添加至金属盐溶液中，搅拌混匀后滴加氨水调节混合溶液的ph值为10.3，停止加入氨水，加热溶液温度至95℃，保温2h，过滤，将过滤产物真空干燥制得干粉，将制得的干粉首先在3℃/s进行升温至150℃下保温煅烧50min，继续使用3℃/s升温至300℃保温煅烧1.5h，最后在5℃/s升温至400-450℃保温煅烧50min，煅烧完成后在200℃-250℃下保温3h后取出冷却至室温。
35.实施例8，金属盐溶液配置：称取58.49g偏钒酸铵和304.26g钨酸铵添加在500ml的蒸馏水中进行搅拌加超声波振荡溶解，分别制得1mol/l偏钒酸铵溶液和0.2mol/l钨酸铵溶液，并对蒸馏水进行升温至78℃，溶解配置金属盐溶液。
36.量取500ml金属盐溶液，将活化后的凹凸棒土和25g二氧化钛添加至金属盐溶液中，搅拌混匀后滴加氨水调节混合溶液的ph值为10.3，停止加入氨水，加热溶液温度至95℃，保温2h，过滤，将过滤产物真空干燥制得干粉，将制得的干粉首先在3℃/s进行升温至150℃下保温煅烧50min，继续使用3℃/s升温至300℃保温煅烧1.5h，最后在5℃/s升温至400-450℃保温煅烧50min，煅烧完成后在200℃-250℃下保温3h后取出冷却至室温。
37.实施例5、实施例6、实施例7、实施例8在同一炉中煅烧，保证煅烧条件一致。
38.对实施例2-8制得的脱硝催化剂以及scr脱硝催化剂对同一烟气进行脱硝性能的测试，使用安德量一氧化氮浓度检测仪，型号为adl-600b-no的设备测试烟气进入及脱离时含有的一氧化氮含量。
39.采用no转化率＝[(no
进入-no
脱离
)/no
进入
]
×
100％计算烟气转化效率。
[0040]
结果见表1。
[0041]
由表1可知实施例5制得的脱硝催化剂的一氧化氮转化效率最高，脱硝效果更好。
[0042]
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和
范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。