[发明专利]一种MnOOH纳米棒脱硝催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及烟气脱汞技术领域，用于燃煤电厂脱硝催化剂，具体涉及一种MnOOH纳米棒脱硝催化剂。

背景技术

燃煤电站的氮氧化物（NOx）排放控制是国家“十二五”期间节能环保领域的重点工作，最新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）对NOx 排放浓度更是制定了世界范围内最为严格的控制标准（100mg/m³）。随着这些国家政策的出台，如何有效控制NOx 的排放已成为当前电力环保领域中亟待解决的重要课题之一。

目前，在建或拟建的烟气脱硝结组约90%采用SCR脱硝脱汞技术。催化剂是SCR技术的核心，现有商用催化剂一般为V₂O₅-WO₃/TiO₂。

SCR 脱汞技术根据布置位置不同可分为高灰布置的SCR、低灰布置的SCR 和末端布置的SCR。然而由于脱汞温度的限制，绝大多数厂里面采用高灰布置。在我国，因为洁净煤技术使用的缺乏，煤燃烧后飞灰含量很高。直接导致催化堵塞钝化严重，催化剂使用寿命短于国外，电厂脱硝成本显著增加。同时由于V₂O₅本身属于剧毒物质，使用后的V₂O₅对环境造成很大的破坏。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的一个目的是针对现在脱汞技术领域存在的不足，提供一种高安全性、低污染、催化性能优良且产生成本低的MnOOH纳米棒脱硝催化剂。

另一个目的是提供一种制备上述MnOOH纳米棒脱硝催化剂的方法。

为实现上述目的，本发明是采用如下技术方案：一种MnOOH纳米棒脱硝催化剂，包括MnOOH纳米棒和附着在其上的CeO₂，其中MnOOH纳米棒既是载体又是活性物质，CeO₂是活性物质。

作为优化，所述MnOOH纳米棒与CeO₂的摩尔比为5.93~1.98:1。发明人经过多次实验和数据分析，发现当两种活性物质的摩尔比控制在上述范围时，该配比下制得的催化剂脱硝率最理想，而且催化剂的产率也较高，从而有效地降低了催化剂的产生成本。

所述MnOOH纳米棒直径为8nm～12nm，长度为50nm～500nm。达到实验对催化剂比表面积的要求，延长烟气在催化剂内部的停留时间，便于催化剂的活化和重复使用。

一种制备上述MnOOH纳米棒脱硝催化剂的方法，包括以下步骤：

1）将高锰酸钾和N,N- 二甲基甲酰胺在100℃～ 200℃的温度下进行溶剂热反应2h～4h，得到MnOOH纳米棒，其中高锰酸钾和N,N- 二甲基甲酰胺按照1g ∶20～100ml的重量体积比进行反应，即高锰酸钾的质量与N,N- 二甲基甲酰胺的体积比为1g ：20～100ml； 

2）将无水乙醇和纳米CeO₂颗粒加入到步骤1）反应后的溶液中，超声波搅拌3h~5h，使纳米CeO₂充分负载于MnOOH纳米棒上，其中MnOOH纳米棒与CeO₂的摩尔比为：                   5.93~1.98:1；

3）步骤将2）中反应后的产物进行固液分离，然后依次用蒸馏水、丙酮洗涤分离后的固体，最后在30℃～ 100℃的温度下干燥1h～3h得到MnOOH纳米棒脱硝催化剂。

作为优化，所述步骤1）在高压反应釜中进行。在此密闭体系反应下，有效减少空气对所需前驱体的氧化干扰，且反应过程相对简单、易于控制。可通过溶剂N,N- 二甲基甲酰胺控制晶体的生长，最后形成的MnOOH纳米棒形状可控。

所述步骤3）中采用离心分离的方式进行固液分离。离心分离的方式能有效提高分离的速度，从而制得高纯度的复合催化剂。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1、这是脱硝技术领域的一个突破，首次提出以MnOOH为载体。根据最新的实验结果，MnOOH纳米棒本身就具有良好的脱硝率，在典型模拟烟气条件下，在350℃，脱硝率稳定在70%左右。本发明以MnOOH纳米棒为载体，负载活性物质CeO₂可以让二者的活性位相互叠加，达到理想的脱硝率。同时MnOOH纳米棒作为一种无危害的低温或常温催化剂，具有极强的研究价值。