[发明专利]具有多级孔结构的蜂窝型脱硝催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氨（NH₃）选择性催化还原（SCR）脱硝催化剂及其制备方法，尤其涉及一种具有微米-纳米多级孔结构的高孔隙率蜂窝型脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术

氮氧化物（NO_x）是造成酸雨和光化学烟雾的主要污染物，其排放主要来自固定源如燃煤锅炉、工业炉窑和移动源如机动车尾气的排放。我国在取得对SO₂控制的阶段性成果后，又提出了在“十二五”期间对NO_x排放总量实现控制的要求，即2015年NO_x排放总量比2010年下降10%。另外，2012年实施了《火电厂大气污染物排放标准》，该标准中要求NO_x（以NO₂计）排放为100 mg/m³。目前，炉内脱硝技术已经无法满足上述NO_x的排放要求。

在低NO_x燃烧等炉内脱硝技术已不能满足日益严格的排放法规时，需要采用烟道气脱硝来进一步降低NO_x的排放。湿法烟气脱硝存在NO_x净化效率低、设备容量大不易建造、运行成本较高、易于造成二次污染等缺点，而干法脱硝技术可以有效解决上述问题。其中，氨（NH₃）选择性催化还原（Selective catalytic reduction, SCR）是目前国际上公认和应用最广泛的商业化方法。由于燃煤锅炉烟气中氮氧化物含量高、烟尘浓度高、成分复杂，在各种整体式催化剂中，蜂窝脱硝催化剂备受青睐，占有80%的份额。

目前，蜂窝型脱硝催化剂的制备工艺通常包括以下程序：催化剂物料与各种添加剂混炼，得到炼泥；炼泥经真空挤出机挤出成型；挤出后的产品干燥、焙烧；焙烧后产品精修至规定尺寸。最关键的工艺是催化剂物料与各种添加剂的混炼，其中添加剂的成分和添加量对蜂窝型催化剂的性能有至关重要的影响。添加剂主要包括增韧剂、润滑剂、粘结剂和造孔剂等。文献中，增韧剂通常选用玻璃纤维（专利201210491331.0，专利201210051993.6，专利200910030398.2，专利200810212081.6），润滑剂多取甘油、硬脂酸、硅酸脂和磷酸酯等的一种或几种，粘结剂多取（羧）甲基纤维素、聚乙烯醇、水玻璃、田菁粉和环氧树脂等（专利201210250771.7），造孔剂多为纸浆棉、聚氧化乙烯、和木浆等。这些专利的目的多为考察催化剂的抗压强度和磨损强度（专利201310193408.0，专利201110005264.2），仅有专利（201010154270.X）提到添加纸浆棉作为造孔剂来提高孔隙率和减少催化剂用量，但纸浆存在燃烧不彻底留下灰分的问题，而且所得产品孔隙率并不高，只有35%。孔隙率和机械强度存在相互制约，孔隙率高的情况下机械强度会下降，而 机械强度高的情况下孔隙率不能达到很高。而催化剂的催化效果与孔隙率有着很大的关系，如果能解决这一问题，得到机械强度和孔隙率都很好的催化剂，那么就会在保持较高活性的基础上减少催化剂的用量，进而降低成本。只是，目前还没有克服这一问题的技术问世。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有微米-纳米多级孔结构的蜂窝型脱硝催化剂，该催化剂具有明显的多级孔结构，既具有较高机械强度又具有较高的孔隙率和孔容，催化性能好。此外，因为在催化剂壁上存在大量的纳米级和微米级的孔，使单位体积内催化剂的含量降低，使用量变小。 

在催化反应中，多级孔结构不仅可以产生更多的活性中心，还具有较强的吸附和传质能力，使单位体积下催化剂的用量降低，从而既保证了催化剂的催化性能又降低了催化剂原材料的使用量和成品单位体积的重量。目前，还没有将多级孔结构应用于蜂窝型脱硝催化剂的相关报道。

发明人在研究时发现，虽然抗压强度和孔隙率相互制约，但是通过调整添加剂的 成分和用量（尤其是通过改变造孔剂的成分和用量），并进一步调控工艺步骤和条件的情况下，可以得到两者均在较优水平的蜂窝型脱硝催化剂。

本发明采用PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）微球或PS（聚苯乙烯）微球和聚氧化乙烯为复合造孔剂，在其他添加剂及工艺方法的配合下，得到微米-纳米多级孔结构，该结构使催化剂在具有较高机械强度的基础上还具有较高的孔隙率。

本发明具体技术方案如下：