[发明专利]一种用于低温烟气脱氮的SCR催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于空气污染治理的催化剂，更具体地说，涉及一种用于低温烟气脱氮的选择性催化还原（SCR）催化剂，以及该催化剂的制备方法和应用。

背景技术

氮氧化物（NO_x）是大气污染主要成分之一，它可以形成酸雨和光化学烟雾，形成较高的地面臭氧浓度，也参与形成空气中的飘尘(PM2.5)，对人体健康和生态环境构成巨大威胁。NO_x是光化学烟雾污染、城市灰霾天气、酸雨腐蚀性大气等系列环境问题的重要根源。由于氮氧化物可以在大气层中长距离传输，其所引起的全球性和区域性污染问题也日益凸显。针对氮氧化物在排放中的处理措施大致有二种，即从源头上控制排放和通过烟气脱氮实现尾部控制技术，第一种是直接控制燃料燃烧所产生的NO_x的数量，第二种是将已生成的NO_x还原为无害的氮气，从而降低进入大气环境的NO_x排放量。烟气脱氮技术是目前最有效也是研究最多的NO_x治理方法。

常用的烟气脱氮方法有非选择性催化还原法、选择性催化还原法、吸附法等，其中选择性催化还原法（SCR）是目前最成熟、应用最广泛的方法，其原理是向含有氮氧化物的尾气中喷入氨、尿素或其他含氮化合物类还原剂，在SCR催化剂存在的条件下将其中的NO_x还原成氮气和水。

NH₃-SCR烟气脱氮法的关键是催化剂的选取，金属氧化物催化剂是目前SCR催化剂领域研究最多，也是相对最为成熟的催化剂，其中在工程实践中应用最广泛的是以锐钛矿结构的TiO₂为载体的钒钛催化剂(V₂O₅/TiO₂)。该催化剂在高效净化NO_x的同时具备良好的抗硫抗水性能，在350～450℃的温度区间内有良好的反应活性。

但是传统的SCR催化剂多为单活性组分或双活性组分类催化剂，在实际应用中存在着低温活性较差、制备工艺较为复杂的问题。

现有技术中，已知可用于SCR催化剂的活性组分或助剂包括锰氧化物、铜氧化物，以及稀土类氧化物等。其中锰氧化物含有很多游离氧，使其在SCR催化过程中能完成催化循环，因而在低温SCR反应过程中表现出较高的活性，但是其没有抗SO₂和H₂O毒化的性能，容易失活，从而导致寿命较低；金属铜氧化物有好的热稳定性和选择性，且其成本低廉，制作简单，以及无二次污染。但是其活性温度窗口较窄，在250～350℃有良好的中温脱氮活性，但是低温脱氮活性却很低，抗SO₂和H₂O毒化的性能也较差；稀土类氧化物大多数是以助催化剂的添加成份进入催化剂中，可以改善活性组分的活性或载体的热性能，从而提高催化剂整体上的催化性能，例如CeO₂可以增加催化剂表面氧的浓度、增进催化剂的热稳定性和抗烧结能力、提高催化剂的储氧能力，从而加快脱氮反应速度。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于低温烟气脱氮的SCR催化剂及其制备方法和应用，能够解决现有技术中所存在的SCR催化剂在150～250℃温度区间（即本发明所称的“低温”）内无法同时具有高的活性和寿命的技术问题；本发明还能解决现有技术中所存在的SCR催化剂制备工艺复杂，生产成本偏高的技术问题。

本发明所述的用于低温烟气脱氮的SCR催化剂，其包含活性组分MnO_x，助剂铜氧化物及稀土氧化物，载体TiO₂。

所述催化剂中，各组分的摩尔比，以元素计，优选为Mn：Cu：RE（稀土元素）：Ti为0.25～0.35:0.05～0.1:0.05～0.1:1；更优选为，0.28～0.32:0.06～0.08:0.06～0.08:1；最优选为0.3:0.07:0.07:1。

所述载体优选为锐钛矿型TiO₂。

所述稀土氧化物优选为铈氧化物。

上述任意一种用于低温烟气脱氮的SCR催化剂的制备方法，包括：

（1）按上述摩尔比例将二氧化钛、硝酸锰、硝酸铜、稀土的硝酸盐溶于100-200ml无水乙醇中，混合均匀获得混合溶液A；

（2）向混合溶液A中缓慢滴加适量的碳酸钠溶液，调节溶液的pH值，得混合液B；

（3）将混合液B在超声仪器中进行超声分散，使溶液混合均匀；搅拌至形成均匀悬浊液，常温下老化8-15小时；