專利名稱：一種以高嶺土為載體的脫硫脫硝催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大氣污染治理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種以高嶺土為載體的脫硫脫硝催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
我國的高嶺土資源豐富、價格相對低廉，目前已廣泛用于橡膠、塑料、涂料、造紙和石油加工等領(lǐng)域。近年來高嶺土在環(huán)境治理領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越受到重視，主要研究涉及污水中有毒有害物質(zhì)的吸附和降解，但高嶺土在大氣污染治理技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用尚少。我國是以煤炭為能源消費主體的燃煤大國，燃煤發(fā)電會造成嚴(yán)重的大氣環(huán)境污染，尤其是SA和NOx的過量排放，在一定條件下會形成酸雨，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境和人身健康。目前工業(yè)上采用的煙氣脫硫(FGD)和選擇性還原脫硝(SCR)技術(shù)，為兩個獨立的工藝過程，其中濕法脫硫工藝較為成熟，據(jù)統(tǒng)計已安裝煙氣脫硫機組總?cè)萘扛哌_81. 8%，但存在設(shè)備龐大，占地面積廣，耗水量大，硫酸易腐蝕管道，副產(chǎn)物石膏的利用率低等缺點。煙氣脫硝領(lǐng)域，選擇性催化還原技術(shù)應(yīng)用最廣，但是催化劑使用量大，再生困難，成本較高。單獨的脫硫或者脫硝技術(shù)已不能滿足我國當(dāng)前的環(huán)境保護要求，催化還原同步脫硫脫硝技術(shù)日益受到關(guān)注。CN1288774涉及一種同時消除混合氣中二氧化硫和氮氧化物的催化劑，所述的催化劑載體為TiO2，金屬氧化物氧化鈷和氧化鎳為活性組分，所述催化劑的制備過程是將載體、活性組分和氨水通過共沉淀法得到TiO2-CoS催化劑，在CO作用下進行脫硫脫硝實驗， 取得了一定效果，但是由于共沉淀法工藝繁瑣，需要多步洗滌和過濾，且TiO2成本昂貴，不利于工業(yè)化使用。華中科技大學(xué)的胡輝等人(胡輝，李勁，張順喜，李勝利.CeO2-Lii2O3/ y -Al2O3稀土氧化物混合物催化還原的實驗研究[J]環(huán)境科學(xué)，2004，(02).)，利用浸漬法制備了一系列稀土催化劑，催化劑載體為Y -Al2O3，活性組分為稀土金屬氧化物L(fēng)a2O3和CeO2,制備過程包括浸漬、干燥和焙燒等工藝，該催化劑在CO作用下，當(dāng)反應(yīng)溫度為500 600°C、空速為 2000^1時脫硫脫硝效率達到90%。但是由于反應(yīng)空速較低，增大了催化劑的用量和操作成本。天津大學(xué)的賈立山(賈立山.A存在下CO還原SA為單質(zhì)硫的催化劑研究[D]. 天津大學(xué)，2004)，利用Co、Ni、Fe、Mn的硝酸鹽和硫酸銨制得的CoS、NiS、!^eS、MnS等一系列催化劑，在CO作用下催化還原S02，脫硫率較高。缺點是該催化劑沒有低成本的載體支撐， 脫硫反應(yīng)用量較大，且該催化劑沒有涉及對NO降解的研究。Zhuang 等人(S. -X. Zhuang, M. Yamazaki, K. Omata. Catalytic conversion ofCO, NO and SO2 on supported sulfide catalysts II. Catalytic reduction of NO and S02by CO. Applied Catalysis B Environmental 31(2001) 133-143)以 Y-Al2O3 為載體、以 CoMo， FeMo, Mo和Co為活性組分，制備的CoMo/A1203和 ^Μο/Α1203催化劑在反應(yīng)溫度500°C、空速9000 3600( -1下，NO的脫除率高達98%，而的脫除率僅有70%。
孫凡等人(孫凡，朱濤，王磊，馬建新.稀土氧化物上SO2和NO的催化還原IV.摻雜Ce的鈣鈦礦型氧化物催化劑的脫硫和脫氮研究[J].化學(xué)世界，2005(7) :389-396) 研究開發(fā)的一種由硝酸鹽混合研磨法制備的鈣鈦礦型催化劑，制備工藝是將La2O3和 Co (NO3) 2 · 6H20經(jīng)研磨、焙燒等工藝得到LaCoO3催化劑，該催化劑在CO作用下有較好的脫硫脫硝效率。缺點是催化劑無載體支撐，所用金屬氧化物成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種以高嶺土為載體的脫硫脫硝催化劑，該催化劑有載體和活性組分組成，其中載體為高嶺土，原料易得且價格便宜。本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于制備上述以高嶺土為載體的脫硫脫硝催化劑的方法，催化劑制備工藝只涉及浸漬和干燥，省略了焙燒過程，制備工藝簡單，能耗低；催化劑在高空速10000 2500( -1時仍然保持很高的脫硫脫硝活性，脫硫率達到95%以上， 脫硝率達到98%以上，副產(chǎn)物單質(zhì)硫具有回收利用價值，無二次污染。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明所述的脫硫脫硝催化劑由載體和活性組份組成，以高嶺土作為催化劑載體，分別以氧化鑭、氧化鈰單組份或雙組份為催化劑的活性組份，其中氧化鑭和氧化鈰占催化劑的質(zhì)量百分比分別為2. 5 30%和1 20%。高嶺土所占的質(zhì)量百分比為70 95%。 在上述催化劑中，當(dāng)采用雙活性組份時，兩種金屬元素鑭和鈰的質(zhì)量比為2 1 1 2。上述脫硫脫硝催化劑采用浸漬法制得，具體步驟如下步驟1.配制浸漬液將活性組份的可溶性前軀體溶于水，配成浸漬液；步驟2.取高嶺土溶于步驟1得到的浸漬液中，充分攪拌至均勻白色懸濁液，常溫浸漬2 3d ；步驟3.將步驟2得到的懸濁液干燥去除水分，產(chǎn)物經(jīng)研磨得白色粉末；將上述得到的樣品加入9 10%的稀硝酸和田菁粉，加工成型，自然干燥后得催化劑成品。本發(fā)明的效果和益處是本發(fā)明所述催化劑以高嶺土為載體，原料來源廣泛，容易獲取，成本較低；制備方法簡單，無須焙燒，生產(chǎn)過程節(jié)能效果明顯；該催化劑可實現(xiàn)同步脫硫脫硝，模擬煙氣測試表明，當(dāng)溫度為300 600°C、空速為12500 250001^時，其脫硫率在95%以上，脫硝率在 98%以上，脫硫副產(chǎn)物單質(zhì)硫可資源化回收利用，避免二次污染。
具體實施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案詳細敘述本發(fā)明的具體實施例。實施例1準(zhǔn)確稱量4g La(NO3)3- 6H20，溶于IOOml蒸餾水中，不斷攪拌至完全溶解，配制成 4% (w/v)的硝酸鑭水溶液。用分析天平準(zhǔn)確稱量20g干燥后的高嶺土，加入上述配制的硝酸鑭水溶液中，此過程需一邊加入高嶺土同時一邊攪拌，得到鑭負載量為20%的白色懸濁液。將上述白色懸濁液于1400r/min、6(TC恒溫攪拌證，所得產(chǎn)品仍為白色懸濁液。將此白色懸濁液常溫靜置3d，此過程混合液中的水分會自然蒸發(fā)，獲得白色糊狀固體。將上述形成糊狀固體于80°C干燥下干燥10h，得到白色塊狀固體，將其研磨成白色粉末。將上述白色粉末與9%的稀硝酸、田菁粉以15(質(zhì)量/g) 10(體積/ ml) 0.5(質(zhì)量/g)的比例均勻混合，擠條成型。即得質(zhì)量百分比為15%的La2O3-高嶺土脫硫脫硝催化劑。模擬煙氣中測試結(jié)果表明，當(dāng)體積濃度為lOOOppm，NO體積濃度為500ppm，還原氣CO體積濃度為3000ppm，空速為125001^,反應(yīng)溫度為500°C，SO2脫除率為96%，N0脫除率為98%。實施例2準(zhǔn)確稱量4g Ce (NO3)3- 6H20，溶于IOOml蒸餾水中，不斷攪拌至完全溶解，配制成 4% (w/v)的硝酸鈰水溶液。準(zhǔn)確稱量20g干燥后的高嶺土，加入上述配制的硝酸鈰水溶液中，此過程需一邊加入高嶺土同時一邊攪拌，得到鈰負載量為20%的白色懸濁液。將上述白色懸濁液于 1400r/min、6(TC恒溫攪拌證，所得產(chǎn)品仍為白色懸濁液。將此白色懸濁液常溫靜置3d，此過程混合液中的水分會自然蒸發(fā)，得到白色糊狀物質(zhì)。將靜置后的上述白色糊狀物質(zhì)于120°C下干燥10h。得到白色塊狀固體，將其研磨成白色粉末。將上述白色粉末與9%的稀硝酸、田菁粉以15(質(zhì)量/g) 10(體積/ ml) 0.5(質(zhì)量/g)的比例均勻混合，擠條成型。即得質(zhì)量百分比為8%的CeO2-高嶺土脫硫脫硝催化劑。模擬煙氣中測試結(jié)果表明，當(dāng)體積濃度為lOOOppm，NO體積濃度為500ppm，還原氣CO體積濃度為3000ppm，空速為250001^,反應(yīng)溫度為600°C，SO2脫除率為99%，N0脫除率為98%。實施例3準(zhǔn)確稱量Ig La(NO3) 3. 6H20,溶于100ml蒸餾水中，配制成4% (w/v)的硝酸鑭水溶液。準(zhǔn)確稱量Ig Ce (NO3)3- 6H20，溶于上述已配置的100ml、4%的硝酸鑭水溶液中，配制成含有硝酸鑭和硝酸鈰各4% (w/v)的水溶液。準(zhǔn)確稱量20g干燥后的高嶺土，加入上述已配制的100ml混合溶液中，此過程需一邊加入高嶺土同時一邊攪拌，得到白色懸濁液。將上述懸濁液置于1400r/min、6(TC恒溫攪拌證，產(chǎn)品仍為白色懸濁液。將此白色懸濁液常溫靜置3d，此過程混合液中的水分會自然蒸發(fā)，得到白色糊狀物質(zhì)。將上述白色糊狀物質(zhì)于120°C下干燥12h，得到白色塊狀固體。將上述白色塊狀固體研磨至粉末，與9%的稀硝酸、田菁粉以15(質(zhì)量/ g) 10(體積/ml) 0.5(質(zhì)量/g)的比例均勻混合，擠條成型，即得質(zhì)量百分比 3. 75% -La203-2% CeO2-高嶺土脫硫脫硝催化劑。模擬煙氣中測試結(jié)果表明，當(dāng)體積濃度為lOOOppm，NO體積濃度為500ppm，還原氣CO體積濃度為3000ppm，空速為250001^,反應(yīng)溫度為600°C，SO2脫除率為99%，N0脫除率為99%。
權(quán)利要求
1.一種以高嶺土為載體的脫硫脫硝催化劑，其特征在于所述的載體為高嶺土，活性組份為鑭、鈰或二者混合；活性組份與載體的質(zhì)量百分比為2. 5 30%的氧化鑭和/或1 20%的氧化鈰；當(dāng)采用雙活性組份時，兩種金屬元素鑭和鈰的質(zhì)量比為2 1 1 2。
2.一種以高嶺土為載體的脫硫脫硝催化劑的制備方法，其特征在于步驟如下 步驟1.配制浸漬液將活性組份的可溶性前軀體溶于水，配成浸漬液；步驟2.將高嶺土溶于上述步驟1得到的浸漬液中，攪拌至均勻白色懸濁液，所得的懸濁液常溫浸漬2 3d ；步驟3.將上述步驟2得到的懸濁液干燥去除水分，產(chǎn)物經(jīng)研磨得白色粉末。
全文摘要
一種以高嶺土為載體的脫硫脫硝催化劑及其制備方法，屬于大氣污染治理技術(shù)領(lǐng)域。其特征是該催化劑以高嶺土為載體、以稀土金屬氧化物氧化鑭、氧化鈰單組份或雙組份為催化劑的活性組份，其中氧化鑭和氧化鈰占催化劑的質(zhì)量百分比分別為2.5～30％和1～20％，高嶺土所占的質(zhì)量百分比為70～95％。在上述催化劑中，當(dāng)采用雙活性組份時，兩種金屬元素鑭和鈰的質(zhì)量比為2∶1～1∶2。本發(fā)明效果和益處是所述催化劑制備工藝簡單，原材料易得，大大降低了催化劑成本，可實現(xiàn)同步脫硫脫硝，模擬煙氣測試表明，當(dāng)溫度為300～600℃、空速為12500～25000h-1時，其脫硫率在95％以上，脫硝率在98％以上，脫硫副產(chǎn)物單質(zhì)硫可資源化回收利用，避免了二次污染。
文檔編號B01D53/60GK102389791SQ20111028468
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者宇娜娜, 王刃, 石繁, 項學(xué)敏 申請人:大連理工大學(xué)