[发明专利]以氮掺杂活性炭为载体的低温SCR催化剂及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及大气污染控制领域，具体是一种以氮掺杂活性炭为载体的低温SCR催化剂，及其制备方法。

背景技术

燃煤锅炉排放的烟气中含有SO₂、NO_X和粉尘等多种有害成份，其中氮氧化物(NO_X)是重点控制的污染物之一，会造成酸雨、光化学烟雾等大气污染，已成为一个不容忽视的重要问题。以NH₃为还原剂的选择性催化还原技术(SCR)是目前研究最多、应用最广，也是最有效的烟气NO_X脱除技术。NH₃、NO和O₂在催化剂作用之下发生还原反应生成N₂和H₂O。

目前使用最为成熟的SCR催化剂是V₂O₅/TiO₂或者在V₂O₅/TiO₂基础上进行改性的催化剂，其主要优点表现在高活性和高抗硫性能。但此类催化剂仍存在较多问题。一是操作温度必须高于350℃，能耗高投资成本大，二是锐钛矿型TiO₂易发生晶型转变而使得制备条件苛刻，三是催化剂容易被粉尘中的砷等重金属和碱金属毒化等。

基于上述原因，研究和开发在低温(180℃以下)SCR反应工艺以及在低温条件下具有活性的SCR催化剂具有重要的经济和实际意义，也得到国际上许多研究工作者的重视。目前研究较为广泛的几类低温SCR催化剂主要有MnO_X/TiO₂、V₂O₅/AC以及MnO_X-Al₂O₃等，在低温下对NO_X都能有很好的去除，脱硝效率均高于80％。

以活性炭为载体的催化剂，其优点在于其用后的处理方面克服了金属催化剂用后难于处理的缺点。活性炭和活性炭纤维基催化剂的活性是受表面作用基团影响的。活性炭纤维表面的酸性基团吸附NH₃，碱性基团吸附NO，然后邻近的这两种物质进行反应。用硫酸处理的活性炭纤维由于酸性基团的数量能够提高反应的活性；同样的，用NH₃处理活性炭来增加表面的碱性基团也可以达到类似的效果。研究表明，引入含N的基团有利于增加活性炭的催化还原性能。表面碱性基团的存在是由于表面上O₂以及吡喃酮等结构产生的，催化剂碱性的增加是依赖于O/C和O/N比例的减小，含氮基团越多，碱性越大。

绝大多数相关研究报道了孔结构、表面含氧官能团和金属催化剂对低温SCR反应的影响，有关表面含氮官能团对低温SCR脱除NO的影响研究报道较少。有关含氮官能团在活性炭直接还原NO_X的气-固相反应中作用的研究取得了一些进展，研究结果表明，表面含氮官能团对活性炭还原NO的反应有重要作用。在C-NO反应中，氮可渗入碳晶格中形成稳定的含氮官能团，这些表面官能团在高温下能直接与NO反应产生N₂，而且可以促进NO在炭表面的化学吸附，还可促进NO的还原。

发明内容

本发明提供了一种以氮掺杂活性炭为载体的低温SCR催化剂及其制备方法，可以使催化剂表面具有更多的碱位点，使其具有更强的表面碱性以及吸附、氧化NO的性能，从而在低温SCR反应中具有更高的活性。

一种以氮掺杂活性炭为载体的低温SCR催化剂，以氨气灼烧法制备的氮掺杂活性炭为载体，负载Mn、V、Fe、Co、Cu金属元素的氧化物中的一种作为活性组分。其中，掺杂的氮元素占催化剂总量的质量百分比为0.1～5.0％，金属氧化物占催化剂总量的质量百分比为1.0～20.0％。

该催化剂的制备方法为：

(1)活性炭先用盐酸浸泡后，再用氢氟酸浸泡，然后用蒸馏水洗涤至中性，烘干后在Ar氛围中热处理，待自然冷却后，筛选出直径为40-60目的活性炭；

(2)将步骤(1)处理后的活性炭浸入Mn、V、Fe、Co或Cu的金属可溶性盐溶液中，超声波处理分散均匀后烘干，最后在Ar氛围中200～800℃下焙烧，冷却至室温，制得负载有活性相的活性炭；