[发明专利]基于钛丝网的Mn-Ce-W复合氧化物整体式脱硝催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有三维花状结构的钛丝网基整体式脱硝催化剂的制备方法，属纳米材料制备工艺和环保技术领域。

背景技术

氮氧化物（NO_x）是目前出现酸雨，臭氧层空洞，全球气候变暖，光化学烟雾等严重环境问题的重要原因之一。根据报道，我国以煤炭为主要能源结构的整体趋势在未来一段时间内尚无法改变，因此，燃煤所产生的氮氧化物污染已经成为我国目前迫切需要解决的问题。

目前，对氮氧化物的氨气选择性催化还原（NH₃-SCR）是目前应用最广泛的氮氧化物脱除方法。在对该方法的研究中，对催化剂的制备与选择是最为重要的一环。除去已经商用的V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂，对氮氧化物的氨气选择性还原催化剂的研究热点主要集中在各类变价金属氧化物上(CuO_x、FeO_x、MnO_x、CoO_x等)，该类催化剂因内部存在的变价金属氧化物具有强氧化还原性能，可以有效的支撑催化反应循环过程。在实际应用中，这些催化材料必须被负载在已经过成型加工的载体上，即整体式催化剂。在近期的研究工作当中，中国专利CN101444727A公布了一种以二氧化钛，膨润土和海泡石作为载体，WO₃、MoO₃、V₂O₅、CeO₂、Nb₂O₅作为活性组分，经过浸渍负载，挤出成型和控温煅烧后合成整体式蜂窝催化剂的方法。中国专利CN103537275A则提供了一种由金属纤维负载金属丝网，随后将活性组分V₂O₅和助剂由浸渍法进行负载的整体式催化剂制备方法。但上述催化剂制备方法主要存在制备过程繁琐、粘结剂导致二次污染、活性组分分布不均匀和易发生高温烧结等缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种以钛丝网作为基底，表面具有三维花状结构的整体式脱硝催化剂的制备方法。催化剂的载体为钛丝网，其自身可以提供较多的表面酸位，并具有很好的传质和传热能力，有利于催化反应的进行。该脱硝催化剂的活性组分由水热法直接在金属丝网上原位生长，而后经过高温煅烧得到Mn-Ce-W复合金属氧化物。因此，其与载体具有良好的结合力及热稳定性，不易在高温条件下团聚或脱落，且可以通过改变反应物种的加入量实现对表面活性物种形貌，结构及成分的控制。并且，该制备方法仅需一步水热反应随后的控温煅烧过程即可制备完成，是一种简单易行的催化剂制备方法。

本发明涉及一种上述催化剂的制备方法，包括以下步骤：

A：钛丝网的预处理：将钛丝网卷成卷状后，分别在超声条件下由乙醇和3 mol/L的稀盐酸各洗涤30 min，以除去表面的污垢和金属氧化层，随后由去离子水冲洗，在60 ^oC下干燥3 h后，备用；

B：催化剂的制备：首先，配置金属盐（铈盐+锰盐+钨盐）总浓度为0.08~0.8mol/L，沉淀剂浓度为0.15~0.75 mol/L的去离子水溶液。随后，将处理好的钛丝网放入其中充分浸没1 h，以60~80%的反应釜填充率转移至高压反应釜中，在不锈钢外壳保护下，于120~210 ^oC条件下反应12~24 h。待自然冷却后将产物用去离子水洗涤，在60 ^oC下干燥过夜。最后，以1 ^oC/min的速率升温至300~600 ^oC，保温3~7 h，随炉冷却后可以得到所述的具有三维花状结构的钛基整体式脱硝催化剂。

上述沉淀剂的加入量与反应液整体的pH值有关，因此，采用少于上述范围内的加入量则会导致活性组分无法完全负载在催化剂载体上，影响催化剂活性。而采用超出上述范围内的加入量可能会导致催化剂载体在反应过程中发生腐蚀，影响催化剂的机械强度。

上述沉淀剂为氨水，氯化铵，尿素中的一种，选用不同的沉淀剂可能会导致活性组分无法均匀负载或在水热反应中形成的形貌无法控制，从而影响催化剂的催化活性。

上述金属盐的加入量与所获得催化剂表面的活性组分覆盖情况有关，采用超出上述范围内的加入量可能会导致催化剂表面覆盖的活性组分过少或团聚，影响催化剂的催化活性。