[发明专利]一种用于低温SCR脱硝的二维锰氧化物的合成方法

说明书

一种用于低温SCR脱硝的二维锰氧化物及其合成方法，属于污染治理、环境催化领域。合成步骤如下：将一定浓度的含有十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基硫酸钠中的一种或多种的表面活性剂水溶液置于一定温度的水浴加热中；将超声辅助溶解的锰酸钾或高锰酸钾的金属离子前驱物溶液迅速倒入上述表面活性剂溶液中，并同时滴加酸溶液至混合溶液中，在一定水浴温度下反应一定时间，经过滤、洗涤、干燥焙烧即得二维的锰氧化物。该发明催化剂能在较低温度下实现SCR脱硝，反应温度为100℃时脱硝效率大于80％，150～250℃的脱硝效率可达90％以上，N₂选择性大于90％。本发明催化剂呈现二维结构，具有良好的抗水耐硫性，该合成方法操作方便，工艺简单，易实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种用于低温SCR脱硝的二维锰氧化物及其合成方法。该材料应用于工业窑炉、烧结球团、焦化行业、玻璃行业等低温烟气中的氮氧化物(NOx)的去除。属于烟气脱硝领域和环境催化领域。

背景技术

随着世界经济的发展，环境污染问题在工业生产中越来越突出。全球各国在之前的快速经济发展的过程中多以自然资源的消耗来推动经济的发展，我国主要以煤炭、石油、天然气等石化燃料进行动力的产生，同时带来的是越来越严峻的环境问题。化石燃料的燃烧不可避免地产生大量的环境污染物质，作为主要的大气污染物之一，氮氧化物(NO_x，NO、NO₂)会引起酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏和气候变化以及对人体健康造成一定的损害作用。NO是一种无色无臭的气体，易与血红素结合造成血液缺氧而引起中枢神经麻痹；NO₂毒性比NO毒性强，人体吸入后危害极大，NO_x的危害主要为：(1)NO_x在阳光照射下分解产生氧原子，引起一系列连锁反应生成以O₃、PAN等为主要成分的光化学烟雾。光化学烟雾呈雾状，能见度极低，导致交通事故发生几率上升，同时光化学烟雾对人的眼睛、呼吸道有强烈的毒害作用；(2)易形成雾霾天气，燃煤烟气中的NO_x是大气颗粒物PM2.5中硝酸盐的前驱体；(3)NO_x可与O₃反应，使O₃变为O₂，对臭氧层具有破坏作用。因此NOx所产生的问题亟待解决。

目前脱除NOx的方法主要有选择性非催化还原法(SNCR)、选择性催化还原法(SCR)技术。由于选择性非催化还原法(SNCR)在处理过程中不需要催化剂，为了达到较高的化学反应活性，该技术需要在较高的温度下进行NOx的脱除，对于温度条件非常敏感，一般的理想温度在850℃～1100℃，反应器不同，需要的温度窗口也不同。当反应温度低于温度窗口时，由于停留时间的限制，往往使化学反应进行不够充分，从而造成NO的还原率较低，同时未参与反应的NH₃增加也会造成氨气的逃逸，且该技术的NOx去除率仅能达到70％。SCR是目前国际上行之有效、应用最广的烟气脱硝技术，采用的催化剂多为钒基材料，这类催化剂的工作温窗在300～400℃，在反应过程中尾气中的大量灰尘和高浓度的SO₂会导致催化剂中毒失活。为解决上述问题，将NH₃-SCR装置置于除尘和脱硫工艺之后，以降低灰尘和SO₂对催化剂的影响，此时的烟气温度将会降至200℃以下，所以开发出低温下具有高活性的SCR催化剂具有重要的实际意义。锰氧化物由于其存在多种价态，易于发生氧化还原反应，因此成为低温SCR催化剂的研究热点。根据目前研究结果显示，Mn基催化剂虽然有着较好的低温催化活性，但是该类催化剂的抗水耐硫性能不佳，因此开发具有良好抗硫抗水性能的催化剂具有现实意义。