一种适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂、制备方法和应用与流程

本发明属于烟气脱硝催化剂，尤其涉及一种专门适用于生物质锅炉烟气的适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂、制备方法和应用。

背景技术：

1、生物质能是人类赖以生存的重要能源之一，是仅次于煤炭、石油、天然气之后第四大能源，在整个能源系统中占有重要的地位。生物质能源的使用可以有效降低碳的排放，但由于生物质燃料中具有较高含量的氮元素，导致其在燃烧过程中产生更多的氮氧化物。生物质燃料燃烧过程中的nox排放在很大程度上取决于燃料的种类、燃烧设备和技术以及排放控制措施。当生物质燃料在高温条件下燃烧时，比如在一些工业燃烧设备或高温燃烧炉中，可能会增加nox的生成；燃烧设备的结构设计和操作使用也会影响nox的排放水平，若燃烧设备不够高效或者控制不当，可能导致nox的排放增加。随着大型生物质锅炉的普及应用，生物质燃烧烟气的nox排放问题得到了越来越多的重视。目前，主要通过采用先进的燃烧技术、燃烧设备优化设计、选择低氮燃烧技术、使用nox吸附剂和选择适当的nox排放控制设备等措施，有效地减少生物质燃烧过程中的nox排放，并提高燃烧过程的环境友好性。

2、烟气脱硝技术主要包括烟气后脱硝处理及燃烧过程控制等方式，而选择性催化还原(scr)法是目前应用最广泛、技术成熟且脱硝性能优良的方式。目前，商用的催化剂主要为钒钛系催化剂，对于大型电厂的燃煤设备等，钒钛催化剂可以起到很好的催化作用，然而，由于生物质锅炉烟气不同于燃煤锅炉烟气，生物质燃料的含n量与生物质的种类密切相关，比如木质成型燃料，其nox排放量为337.4mg/nm3，玉米秸秆成型燃料为601.3mg/nm3，因此，生物质锅炉烟气对催化剂要求较高，在不同nox含量范围内均要求具有较高的脱硝效率；而且，生物质中碱土金属含量较高的k、ca等元素随着燃烧过程进入烟气中，会附着于催化剂表面上造成催化剂碱土金属中毒，所以，生物质锅炉烟气在脱硝过程中还必须考虑碱土金属对催化剂的毒化作用。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的上述生物质锅炉烟气碱土金属含量较高、烟气成分多变、nox含量较高的技术问题，提出一种适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂、制备方法和应用，催化剂以椰壳炭作为载体，先进行mn、cu离子的负载，再进行nb活性组分的负载结合特定工艺制备得到，所得催化剂在scr应用中效果突出，低温段氮氧化物脱除率高，制作工艺简便、成本低廉、且废旧催化剂回收不会产生二次污染，可用于生物质燃料燃烧烟尘的净化。

2、为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂，以椰壳炭作为载体，以锰铜铌复合氧化物为活性物质，其中，锰氧化物的前驱体为硝酸锰，铜氧化物的前驱体为五水硫酸铜，铌氧化物的前驱体为六水硝酸铌，且前驱体中锰、铜、铌元素摩尔比为7：3：0.05。

3、椰壳炭具有较高的比表面积且低温条件下具有较好的化学稳定性，活性物质mn、cu氧化物具有优异的低温脱硝性能，nb对催化剂的抗碱性有着显著的优化性能。反应活性物质mn在低温段具有良好的性能，由于mn价态丰富，会以多种不同的氧化物形式存在载体表面，为载体表面提供了丰富的活性位点；cu在中低温段脱硝性能优异，mn、cu共同负载可以实现表面活性组分的多样化，多组分混合负载可以实现组分间电子迁移转化从而调节表面金属价态，增强表面氧化还原性能；nb作为一种抗碱性较强的物质，nb的负载会与表面mn、cu实现协同催化的同时提高表面的抗碱性，通过对碱土金属的吸附及调节表面反应过程，nb可有效提高含碱烟气的脱硝效率；因此，将mn、cu、nb三种组分负载于碳基催化剂表面可在低温条件下满足生物质烟气的脱硝需求，同时具有良好的抗碱性。

4、作为优选，活性物质锰、铜的负载量为5％～10％。

5、本发明另一方面提供了上述适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：

6、s1、将椰壳炭用硝酸进行活化，得到硝酸改性的生物碳基载体；

7、s2、将mn(no3)2、cuso4·5h2o充分溶解于去离子水中，再将硝酸改性的生物碳基载体浸渍于上述溶液中，于室温下超声处理后，进行水浴加热并搅拌至溶剂全部蒸发，再经干燥、绝氧煅烧得到负载mn、cu组分的催化剂；

8、s3、将nb(no3)2·6h2o充分溶解于去离子水中，再将负载mn、cu组分的催化剂浸渍于上述溶液中，于室温下超声处理后，进行水浴加热并搅拌至全部溶剂蒸发，再经干燥、绝氧煅烧、破碎、筛选得到适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂。

9、作为优选，步骤s1包括如下具体步骤：将椰壳炭粉碎成20～40目的颗粒，洗涤干净并进行干燥后，倒入浓度为15～20％的硝酸溶液中搅拌均匀，并将其置于70～80℃的水浴中浸泡4～5小时，再用去离子水反复洗涤所得酸泡样品至中性，并将其在100～105℃下干燥10～12h。步骤s1中对椰壳炭采用一定浓度的硝酸进行酸化扩孔，增强活性。

10、作为优选，步骤s2和步骤s3中超声处理时间均为30min。

11、作为优选，步骤s2和步骤s3中水浴均在恒温磁石加热搅拌器中进行，水浴温度均为70～80℃，搅拌时间均为4～5h。

12、作为优选，步骤s2和步骤s3中干燥温度均为100～105℃，干燥时间均为10～12h。

13、作为优选，步骤s2和步骤s3中绝氧煅烧均在n2气氛的管式炉中进行，由室温开始升温，升温速率为10℃/min，最高煅烧温度为400～450℃，维持最高煅烧时间3～4h，煅烧总时间为4～5h。

14、作为优选，步骤s3中得到适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂粒度为20～40目。

15、本发明上述适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂在生物质燃料燃烧烟尘净化中的应用。

16、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：本发明适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂采用椰壳炭作为载体，其比表面积较大且吸附性能较强，原料来源广泛、价格低廉、适用于大规模的工业生产；采用mn、cu作为主要的活性物质，通过浸渍的方式制备得到，可在低温条件下满足生物质烟气脱硝需求，同时，通过添加nb进行活性改性，可提高抗碱性；本发明适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂，可应用于生物质燃料燃烧的烟尘净化，在scr应用中效果突出，低温段氮氧化物脱除率高，制作工艺简便、成本低廉、且废旧催化剂回收不会产生二次污染。

技术特征：

1.一种适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂，其特征在于，催化剂以椰壳炭作为载体，以锰铜铌复合氧化物为活性物质，其中，锰氧化物的前驱体为硝酸锰，铜氧化物的前驱体为五水硫酸铜，铌氧化物的前驱体为六水硝酸铌，且前驱体中锰、铜、铌元素摩尔比为7：3：0.05。

2.根据权利要求1所述的适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂，其特征在于，活性物质锰、铜的负载量为5％～10％。

3.根据权利要求1或2所述的适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s1包括如下具体步骤：将椰壳炭粉碎成20～40目的颗粒，洗涤干净并进行干燥后，倒入浓度为15～20％的硝酸溶液中搅拌均匀，并将其置于70～80℃的水浴中浸泡4～5h，再用去离子水反复洗涤所得酸泡样品至中性，并将其在100～105℃下干燥10～12h。

5.根据权利要求3所述的适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s2和步骤s3中超声处理时间均为30min。

6.根据权利要求3所述的适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s2和步骤s3中水浴均在恒温磁石加热搅拌器中进行，水浴温度均为70～80℃，搅拌时间均为4～5h。

7.根据权利要求3所述的适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s2和步骤s3中干燥温度均为100～105℃，干燥时间均为10～12h。

8.根据权利要求3所述的适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s2和步骤s3中绝氧煅烧均在n2气氛的管式炉中进行，由室温开始升温，升温速率为10℃/min，最高煅烧温度为400～450℃，维持最高煅烧时间3～4h，煅烧总时间为4～5h。

9.根据权利要求3所述的适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s3中得到适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂粒度为20～40目。

10.如权利要求1或2所述的适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂在生物质燃料燃烧烟尘净化中的应用。

技术总结
本发明提出一种适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂、制备方法和应用，属于烟气脱硝催化剂技术领域，能够解决生物质锅炉烟气碱土金属含量较高、烟气成分多变、NOx含量较高的问题。本发明适用于生物质燃烧烟气的碳基负载型低温段脱硝催化剂以椰壳炭作为载体，以锰铜铌复合氧化物为活性物质，其中，锰氧化物的前驱体为硝酸锰，铜氧化物的前驱体为五水硫酸铜，铌氧化物的前驱体为六水硝酸铌，且前驱体中锰、铜、铌元素摩尔比为7：3：0.05。本发明能够应用于生物质燃料燃烧烟尘净化，在SCR应用中效果突出，低温段氮氧化物脱除率高，制作工艺简便、成本低廉、且废旧催化剂回收不会产生二次污染。

技术研发人员：任冬冬,王美辉,苏毅,张燕,郭健翔,宋晨,张林阳,季科,王吉进
受保护的技术使用者：东营市城市建设发展集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/24