[发明专利]一种碳纳米管负载铁的低温脱硝催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在低温下以氨为还原剂选择性催化还原脱硝的催化剂及其制备方法，具体地说是涉及到以Fe₂O₃为活性组分，碳纳米管(CNTs)为载体的催化剂。属于环境催化净化技术领域。

背景技术

随着工业化的高速发展，人类活动向大气中排放大量氮氧化物(NO_x)，给人类健康和生态环境带来了严重的危害，如酸雨、光化学烟雾等，已经引起了越来越多的关注。为了有效控制NO_x的排放，我国在“十二五”规划中明确提出了NO_x的排放要求。因此，有效去除NO_x是环保领域的研究重点。目前，氨选择性催化还原技术(NH₃-SCR)是应用最广泛的烟气脱硝技术。在催化剂的作用下，以NH₃为还原剂，发生如下反应：4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O，4NH₃+2NO₂+O₂→3N₂+6H₂O，4NH₃+2NO+2NO₂→4N₂+6H₂O。传统的钒基催化剂，其低温活性不足。但在实际生产中，SCR系统通常布置在脱硫除尘装置之后，以减少SO₂和烟尘对催化剂的损害，这就导致烟道气温度降低。同时，钒基催化剂还存在选择性差及V₂O₅的生物毒性等缺点。因此，研究新型绿色低温脱硝催化剂迫在眉睫。

目前低温NH₃-SCR催化剂的活性组分主要有贵金属和过渡金属氧化物两大类，贵金属催化剂在低温下具有较好的催化活性，但是活性温度窗口较窄，选择性较差，造成脱硝过程中N₂O生成量较多，脱硝效率下降，且造价昂贵。而大多数过渡金属（如Fe、Mn、Ce、Co、Ni、Cu等）氧化物具有可变价态，能有效提供整个SCR反应过程中所需的活性氧物种，具有良好的氧化还原性质、一定的储氧能力、抑制烧结能力以及绿色廉价等特点，因此成为目前研究最多且最具有广泛应用前景的SCR催化剂，但目前仍然存在着低温活性不理想，反应温度窗口较窄等缺点。

其中来源广泛、无毒无害、自然界中普遍存在的Fe基催化剂具有较好的低温催化活性，且Fe³⁺和Fe²⁺间电子变化为NO的氧化还原提供了更好的电子转移通道，能够快速将NO催化氧化为NO₂。而CNTs具有巨大的比表面积和中孔分子通道，促进了活性组分的均匀分散；其特殊的电子效应，有利于SCR反应过程中的电子传递，促进了反应的进行；同时相比于活性炭等其他碳材料具有更好的抗氧化性。因此结合铁氧化物与碳纳米管的优势，通过合成方法的调控构建的新型Fe₂O₃/CNTs将有望成为高效低温催化还原脱硝催化剂，具有广泛的应用前景。

发明内容

为了克服目前SCR催化剂低温活性不高，反应温度窗口较窄等问题，本发明提供了一种碳纳米管负载Fe₂O₃催化剂以及制备方法。

本发明的催化剂由催化活性组分和催化剂载体两部分构成，催化剂的活性组分为Fe₂O₃，其中Fe在催化剂中的含量为20-40wt%；载体为碳纳米管。

本发明采用的技术方案为以经过浓硝酸处理的碳纳米管为载体负载Fe₂O₃，分别以去离子水或乙二醇作为溶剂，以氢氧化钠或尿素作为沉淀剂，采用沉淀法制备该催化剂。其制备方法包括以下步骤：

（1）催化剂载体的制备

载体碳纳米管需要经过酸处理，具体方法是：将碳纳米管加入到68wt%的浓硝酸中，加热回流5h，再用蒸馏水进行稀释、过滤、洗涤至pH=6～7，然后烘干、研磨备用。

（2）催化剂活性组分的负载