[发明专利]一种磷钨酸改性的纳米氧化铁SCR脱硝催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种磷钨酸改性的纳米氧化铁脱硝催化剂的制备方法。该方法是以六水氯化铁、六亚甲基四胺和乙二醇为原料，通过溶剂热反应和高温煅烧的方法制备出纳米氧化铁，然后借助旋转蒸发仪和高温活化制备磷钨酸改性的纳米氧化铁SCR脱硝催化剂。该催化剂具有较强的氧化还原能力，在240～460℃反应温度区间内可以保持脱硝效率90％及以上，有效地提高了脱硝效率。本发明制备方法简单，制得的催化剂颗粒较细、分散性好、纯度高，且具有较好的中高温催化活性。

技术领域

本发明属于化学工程中的工业催化领域，具体涉及一种磷钨酸改性的纳米氧 化铁SCR脱硝催化剂的制备方法及应用。

背景技术

大气中的氮氧化物(NOx)主要来源于化石燃料的燃烧，是主要的大气污染 物之一。其有多种存在形式，主要为一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)。NOx 对大气环境的影响是非常巨大的，NOx与大气中的水蒸气反应形成的硝酸或硝 酸盐可引起酸雨，NOx在大气环境中产生的光化学烟雾，不仅刺激人体眼粘膜， 引起呼吸系统疾病，还会造成皮肤癌。此外，NOx会破坏臭氧层，还对人类身 体健康有直接危害。

在国家NOx排放标准日益严格的情况下，高效脱硝技术与应用就显得格外 重要。目前主要的脱硝(de-NO_x)技术包括选择性催化还原(SCR)、选择性非催化 还原(SNCR)、非选择性催化还原(NSCR)、催化分解法等，其中选择性催化还原 (SCR)和选择性非催化还原(SNCR)是目前应用较为普遍的技术。选择性非催化还 原(SNCR)就是利用NH₃、CO(NH₂)₂、甲醇等为还原剂，在高温条件下将NOx还 原成N₂和H₂O。SNCR技术不需要催化剂，但是需要在高温下进行。但是温度 太高的情况下，NH₃会被氧化产生较多的NO，造成效率低下；而温度太低，会 使NH₃逸出，造成二次污染。选择性催化还原(SCR)是目前应用最广泛的脱硝技 术，它是以NH₃、CO(NH₂)₂、甲醇等为还原剂，在适当的温度下，还原剂在催 化剂的作用下将NOx转化成N₂和H₂O。目前工业应用中，主要使用的还原剂是 NH₃。由于技术比较成熟而且脱硝效率较高，NH₃-SCR技术已经成为最主流的技 术。

SCR技术的核心是催化剂，其催化性能直接影响SCR脱硝系统的脱硝效率 以及系统的运行。目前，工厂应用最成熟的催化剂以V₂O₅/TiO₂为主，其具有较 高的脱硝效率和抗硫性能。但是由于其活性温度范围较高，因此只能将SCR反 应器布置于省煤器和除尘器之间。但此段烟气中含有大量粉尘、微量元素以及 SO₂等易堵塞、腐蚀催化剂的物质，这会使催化效率降低的同时也会减少其寿命， 烟气温度过高也会使催化剂烧结。催化剂的投资占据整个系统投资的40％，且需 周期性更换，使用成本巨大，这些因素限制了SCR技术的更广泛工业应用。与 此同时，其中的主要活性成分重金属钒极易流失，产生危险重金属废物，对环境 造成严重的二次污染，2014年8月，环保部发布的《关于加强废烟气脱硝催化 剂监管工作的通知》中明确要求将废烟气脱硝催化剂(钒钛系)纳入危险废物进 行管理。

基于以上原因，若采用低温NH₃-SCR技术，即将SCR反应器置于除尘器和 脱硫塔之后，可同时避免粉尘和微量元素的不利影响，而且便于与现有锅炉系统 匹配。为避免对烟气的重复加热、节约运行和锅炉改造成本，研究和开发在低温 条件下具有活性的SCR催化剂具有重要的经济和实际意义，也得到国际上许多 研究工作者的重视。此外，为防止废旧催化剂造成对环境的二次污染，积极研究 环境友好的无钒脱硝催化剂、寻求商用钒钛类催化剂的优良替代产品迫在眉睫。