一种制备高分散铁基NH3-SCR脱硝催化剂的方法

一种制备高分散铁基nh
3-scr脱硝催化剂的方法
技术领域
1.发明涉及一种制备高分散铁基nh
3-scr脱硝催化剂的方法，该催化剂包含铁和钛元素，制得的催化剂铁元素质量含量在1~10%之间。


背景技术：

2.氮氧化物（no
x
）是引起雾霾等空气污染的主要因素之一，虽然我国超低排放政策要求氮氧化物排放浓度《50 mg/m3，但是2020年我国337个城市的pm
2.5
平均浓度仍然达到33 μg/m3，而京津冀及周边地区“2 26”城市pm
2.5
平均浓度更是高达51 μg/m3，远高于世界卫生组织指导值10 μg/m3。我国“十四五”规划也明确提出氮氧化物排放总量要下降10%以上，因此我国需要进行更全面、更深度的脱硝，这对工业烟气污染物的减排带来了巨大的挑战。氨气选择性催化还原（nh
3-scr）是脱除氮氧化物最有效的方式。
3.铁基nh
3-scr具有廉价环保的优势，但是采用中和沉淀法和浸渍法制备的铁基催化剂，由于fe
3
在ph=3的时候就会水解，所以在这个过程中不可避免的会有fe(oh)3产生，焙烧后容易形成fe2o3晶体，该晶体对scr反应具有较差的选择性，而对nh3具有较高的氧化性能，影响scr高温反应活性，导致其在较高温度反应范围内nh
3-scr催化活性和n2选择性较差，活性温度较窄，难以在工业上应用。
4.中国专利cn108435189b中公开了一种钐掺杂的铁基脱硝催化剂，通过向氧化铁中掺杂钐，提高了催化剂的低温活性和抗水抗硫性能，但是该催化剂中仍然有氧化铁晶体的生成，而且低温下容易生成硫酸氢铵附着在催化剂表面，导致催化剂失活。中国专利cn103316685b公开了一种低维纳米结构钒酸铁脱硝催化剂，该专利中结合了钒基和铁基催化剂以及低维纳米结构的优点，具有优异的活性、选择性、热稳定性和抗so2中毒性能，但是催化剂中使用了钒元素，价格高昂且对环境有害，且合成过程较为负载，因此在实际的nh
3-scr脱硝应用中有一定的局限性。


技术实现要素：

5.本专利的目的主要是提升活性组分铁的分散度，避免氧化铁晶体的生成，进而避免氨氧化副反应，提升nh
3-scr反应的活性。因此，本专利内容主要是采用硫酸氧钛和硫酸钛为原料合成偏钛酸，利用偏钛酸中的氢离子易与铁离子进行离子交换的特性，提高活性组分铁的分散度，避免铁氧化物的团聚，最终得到活性温区在300~500℃的高温nh
3-scr催化剂。
6.本发明是通过以下技术方案加以实现的：通过偏钛酸水解、离子交换过程调节催化剂中活性组分铁元素含量和分散程度，其中铁元素含量在1~10%之间，其特征在于以下过程：1）偏钛酸前驱体制备：将一定浓度的硫酸钛或硫酸氧钛溶液加热，溶液开始水解产生偏钛酸，水解一定时间后停止反应，然后降温抽滤，得到偏钛酸产品；2）离子交换法制备高分散铁基脱硝催化剂：将偏钛酸加到含有一定浓度铁离子的
水溶液中，加热到一定温度，偏钛酸中的氢离子会与铁离子发生交换反应，反应一定时间后抽滤，干燥焙烧，得到最终的高分散的铁基脱硝催化剂。
7.本发明的优点在于：该过程采用的原料廉价环保，制备过程简单易控，合成的催化剂没有氧化铁晶体，催化剂的活性温区较宽，达到了300~500℃，优于商业钒基催化剂，适用于电厂等固定源脱硝，具有较好的应用价值。
附图说明
8.图1为本发明实施例1得到的no转化率随温度变化曲线图。
9.图2为本发明实施例2得到的no转化率随温度变化曲线图。
10.图3为本发明实施例2得到的no转化率随温度变化曲线图。
11.图4为本发明实施例1、2和3的催化剂xrd图。
具体实施方式
12.下面通过具体实施例和附图对本发明做进一步说明。
13.实施例1将10 g硫酸氧钛溶于80 ml去离子水中，搅拌下加热至90 ℃，硫酸氧钛开始慢慢水解产生偏钛酸，降温后产品浆料进行过滤，用去离子水洗涤滤饼三次，得到偏钛酸产品。进一步将5 g偏钛酸产品放入20 ml硫酸铁溶液中，其中铁离子浓度为100 g/l，剧烈搅拌下加热至90℃进行离子交换，反应4小时，冷却至室温后进行抽滤，滤饼用水洗涤三次。然后将过滤得到的催化剂前驱体在100℃下干燥12小时，以2 ℃/min的升温速率加热至500℃进行焙烧，在500℃下保持2 h。小时，450℃焙烧2小时，升温速率均为2 ℃/min，即可得到铁钛基scr烟气脱硝催化剂。
14.取0.2 g本实施例中制得的催化剂，置于内径为0.4 mm的固定床反应器中，体积空速为60000 h-1
，反应气体中no和nh3浓度均为500 ppm，结果该催化剂在300~500℃范围内脱硝效率达到90%以上。
15.实施例2 本实施例是在实施例1的基础上改变硫酸铁溶液的浓度。
16.将10 g硫酸氧钛溶于80 ml去离子水中，搅拌下加热至90 ℃，硫酸氧钛开始慢慢水解产生偏钛酸，降温后产品浆料进行过滤，用去离子水洗涤滤饼三次，得到偏钛酸产品。进一步将5 g偏钛酸产品放入20 ml硫酸铁溶液中，其中铁离子浓度为25 g/l，剧烈搅拌下加热至90℃进行离子交换，反应4小时，冷却至室温后进行抽滤，滤饼用水洗涤三次。然后将过滤得到的催化剂前驱体在100℃下干燥12小时，以2 ℃/min的升温速率加热至500℃进行焙烧，在500℃下保持2 h。
17.取0.2 g本实施例中制得的催化剂，置于内径为0.4 mm的固定床反应器中，体积空速为60000 h-1
，反应气体中no和nh3浓度均为500 ppm，结果该催化剂在325~500℃范围内脱硝效率达到90%以上。
18.实施例3本实施例是在实施例1的基础上改变催化剂前驱体焙烧的温度。
19.将10 g硫酸氧钛溶于80 ml去离子水中，搅拌下加热至90 ℃，硫酸氧钛开始慢慢
水解产生偏钛酸，降温后产品浆料进行过滤，用去离子水洗涤滤饼三次，得到偏钛酸产品。进一步将5 g偏钛酸产品放入20 ml硫酸铁溶液中，其中铁离子浓度为100 g/l，剧烈搅拌下加热至90℃进行离子交换，反应4小时，冷却至室温后进行抽滤，滤饼用水洗涤三次。然后将过滤得到的催化剂前驱体在100℃下干燥12小时，以2 ℃/min的升温速率加热至600℃进行焙烧，在600℃下保持2 h。
20.取0.2 g本实施例中制得的催化剂，置于内径为0.4 mm的固定床反应器中，体积空速为60000 h-1
，反应气体中no和nh3浓度均为500 ppm，结果该催化剂在325~450℃范围内脱硝效率达到90%以上。


技术特征：
1.一种制备高分散铁基nh
3-scr脱硝催化剂的方法，通过调节水解和离子交换过程中的条件，控制催化剂中铁含量和分散程度，其特征包括以下过程：步骤一偏钛酸前驱体：将一定浓度的硫酸钛或硫酸氧钛溶液加热，溶液开始水解产生偏钛酸，水解一定时间后停止反应，然后降温抽滤，得到偏钛酸产品；步骤二离子交换法制备高分散铁基脱硝催化剂：将步骤一的偏钛酸加到含有一定浓度铁离子的水溶液中，加热到一定温度，偏钛酸中的氢离子会与铁离子发生交换，反应一定时间后抽滤，干燥焙烧，得到最终的高分散的铁基脱硝催化剂。2.按照权利要求1所述的制备高分散铁基nh
3-scr脱硝催化剂的方法，其特征在于催化剂主要元素为铁和钛。3.按照权利要求1所述的制备高分散铁基nh
3-scr脱硝催化剂的方法，其特征在于步骤一中原料为硫酸氧钛和硫酸钛。4.按照权利要求1所述的制备高分散铁基nh
3-scr脱硝催化剂的方法，其特征在于步骤二中偏钛酸和铁离子溶液质量比为0.2~2。5.按照权利要求1所述的制备高分散铁基nh
3-scr脱硝催化剂的方法，其特征在于步骤二溶液中铁离子浓度在20~200g/l。6.按照权利要求1所述的制备高分散铁基nh
3-scr脱硝催化剂的方法，其特征在于步骤二离子交换温度在25~100℃之间。7.按照权利要求1所述的制备高分散铁基nh
3-scr脱硝催化剂的方法，其特征在于步骤二焙烧温度在300~650℃之间。

技术总结
本发明公开了一种制备高分散铁基NH


技术研发人员：宋磊 岳海荣 马奎 刘长军 唐思扬 梁斌
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2021.05.28
技术公布日：2022/11/29