[发明专利]基于ZIF-67多孔碳骨架修饰的SCR低温脱硝催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于ZIF‑67多孔碳骨架修饰的SCR低温脱硝催化剂，涉及烟气催化脱硝领域，传统脱硝催化剂危害大、低温活性差的技术问题。本发明将碳化Co‑MOF(ZIF‑67)原位生长在TiO₂表面，具体通过PVP对TiO₂表面进行非共价功能化，克服了TiO₂表面生长位点不足的问题，使TiO₂表面均匀修饰了氨基基团，再以吸附Co²⁺后加入配体的方式，实现ZIF‑67的原位生长，均匀包覆在TiO₂表面，随后经碳化得到高度分散CoO_x多孔碳包覆的TiO₂新载体。本发明还公开了一种基于ZIF‑67多孔碳骨架修饰的SCR低温脱硝催化剂的制备方法，该方法反应条件简单温和。

技术领域

本发明涉及烟气催化脱硝领域，具体涉及基于ZIF-67多孔碳骨架修饰的SCR低温脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术

目前，国内外主要的烟气脱除技术主要采用选择性催化剂还原法(SCR)。商业上广泛使用的催化剂是V₂O₅-WO₃/TiO₂和V₂O₅-MoO₃/TiO₂催化剂，在300～400℃之间拥有良好的脱硝性能和抗硫中毒性能。但是，该类催化剂中的活性组分--钒有毒性，对人和环境易造成危害，且易将烟气中的SO₂转化成SO₃，与NH₃等物质生成硫铵盐，覆盖活性位点、堵塞催化剂通道。此外，钒/钛系催化剂的低温活性很差，针对目前许多非电行业实际的中低温(180～300℃)工况，很难完全发挥其催化性能；因此，急需开发无毒具有高抗硫和优良低温催化性能的新型催化剂。

金属锰基氧化物催化剂由于其具有优异的氧化还原性能和低温脱硝活性，成为了无钒低温脱硝催化剂领域的研究热点。但是，锰基低温脱硝催化剂仍然存在许多问题，如抗SO₂、H₂O中毒性能差，低温NH₃-SCR脱硝的机理研究不够深入等，这也是制约其工业化运用的重要原因之一。

ZIF-67是一种钴基金属有机框架材料(MOF)材料，是一种新型的具有多孔结构的功能材料，拥有高比表面积，可调孔径和晶格有序等特点，常被用作载体实现活性物种的包埋或负载。

近年来，已经有部分专利和文献报道了利用MOFs作为脱硝催化剂载体或活性成分，包括Mn-MOF、Fe-MOF、Mn-Ce-MOF等等。但是由于金属节点与有机配体之间的配位键相对比较脆弱使得以MOFs作为脱硝催化剂载体或活性成分的稳定性较差，进而在实际应用方面受到很大的阻碍，主要表现在MOFs的结构化学稳定性和热稳定性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于ZIF-67多孔碳骨架修饰的SCR低温脱硝催化剂及其制备方法，用以解决现有技术中传统脱硝催化剂危害大、低温活性差的技术问题，本发明的SCR低温脱硝催化剂具有优良的低温活性和抗硫性能。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种基于ZIF-67多孔碳骨架修饰的SCR低温脱硝催化剂，包括催化剂载体、载体活性成分，所述催化剂载体为ZIF-67包覆TiO₂复合载体，所述载体活性成分为锰铈氧化物；所述ZIF-67包覆TiO₂复合载体的粒径为50～300nm。

本发明通过控制ZIF-67和TiO₂的粒径，才能确保较完整的ZIF-67@TiO₂包覆结构的形成。优选地，锰铈氧化物重量占所述催化剂载体重量的5～15％，本发明活性组分含量不在这个范围会使催化剂活性偏低或副反应加剧。

本发明还公开一种基于ZIF-67多孔碳骨架修饰的SCR低温脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：