[发明专利]一种抗碱中毒铜基尖晶石低温脱硝催化剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种抗碱中毒铜基尖晶石低温脱硝催化剂的制备方法。首先通过混酸法抑制前驱体的水解并使其均匀分散在溶液中。然后，通过富氧气氛煅烧处理，形成铜基尖晶石。最后，通过还原性气氛煅烧，对铜基尖晶石进行活性调控，得到具有高效SCR催化活性和抗碱中毒能力的铜基尖晶石催化剂。Cu与Al、Ga、Mn、Fe、Cr、Co中的一种或者多种元素形成尖晶石物相，并成为此类催化剂的活性成分。本发明的优点在于：1.利用混酸法能够抑制前驱体的水解和提高活性成分的分散度。2.通过两种方式调控活性成分：采用还原气氛设计尖晶石结构的缺陷；借助不同金属离子的类质同象替代。3.利用尖晶石的结构特点，增强铜基尖晶石催化剂的抗碱中毒能力。

技术领域

本发明涉及工业废气处理和环保催化材料的技术领域，尤其涉及一种抗碱中毒铜基尖晶石低温脱硝催化剂的制备方法。

背景技术

目前，氮氧化物列入约束性指标体系，水泥窑已经采用了低氮燃烧+SNCR(选择性非催化还原)技术。然而，现有的技术难以满足不断严格的环保标准，而选择性催化还原法(selective catalytic reduction，SCR)是一项比较有前景的脱硝技术。SCR此技术是指在催化剂和氧气存在条件下，利用还原剂(如NH₃、H₂、CO或碳氢化合物等)有选择性的将NO_x催化还原成N₂和H₂O。SCR技术具有较高的脱硝率和节能的特点，且SCR脱硝催化剂是SCR脱硝技术的核心。已开发的商用钒钛系SCR催化剂有效地控制了燃煤电厂的氮氧化物的排放，因此采用SCR技术是水泥窑脱硝的必由之路。目前，火力发电行业应用的NH₃-SCR(NH₃选择性催化还原)脱硝技术所使用的催化剂的工作温度范围一般在300～400℃，而通过余热发电后的水泥窑尾气的温度低于200℃，现有的中温催化剂不能适用于水泥窑脱硝。此外，水泥窑尾气具有高粉尘、高碱性(钾、钠、钙、镁等)等特性，故需要努力研发出具有较高经济实用价值的新型SCR脱硝催化剂。因此要在水泥行业实现经济有效的SCR技术，需要克服两个难点：一个是寻找催化活性较高的低温脱硝催化剂，另一个是提高催化剂的抗碱中毒能力。

根据行业的不同，多种催化剂体系得到了广泛的研究，并且低温SCR催化剂的活性、抗水性能、抗硫性能等环境耐受性也得到了初步的探讨。就低温脱硝而言，相关的研究主要集中在载体对SCR催化剂影响、不同活性成分的SCR脱硝性能、合成方法对催化剂性能的影响等三个方面。大量研究表明：铜基催化剂具有良好的低温脱硝性能，因为铜元素具有良好的氧化还原能力。SCR催化剂的抗碱中毒研究主要集中在钒钛系列的中温催化剂，而对低温SCR催化剂的研究相对较少。目前，低温SCR催化剂的碱中毒机制主要包括两个方面，一方面是碱性物质损坏催化剂表面的酸性位点(Bronsted酸和Lewis酸)，另一方面是碱性物质使催化剂活性成分失活(活性成分组成与分散发生剧烈变化)。此外，绝大部分的催化剂对烟气中碱性物质没有抗中毒的能力，从而导致催化剂活性不好。尖晶石的晶型结构特殊，是一种重要的功能材料，在催化方面有着重要的作用。此外，尖晶石化学成分中类质同象替代很普遍，常可含铁、锌、铬、锰等，这种现象十分有利于尖晶石催化剂的合成与应用。此外，尖晶石结构稳定，在一定的温度内不与其他的物质发生反应。因此，如果SCR催化剂的活性成分以尖晶石结构形式存在，那么此类催化剂就能够很好地避免与碱性物质发生反应。然而，在尖晶石催化剂中，两种阳离子(一种为+2价，一种为+3价)的种类会影响SCR催化剂的低温催化活性与抗碱中毒能力。因而，如何得到具有抗碱中毒能力的尖晶石型低温脱硝催化剂是一个急需解决的问题。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种抗碱中毒铜基尖晶石低温脱硝催化剂的制备方法，用于解决低温脱硝催化剂的抗碱中毒问题，提升SCR低温催化剂的适应性，推动脱硝工程的进行。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种抗碱中毒铜基尖晶石低温脱硝催化剂的制备方法，包含如下步骤：