[发明专利]一种改性羟基磷灰石脱硝催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种改性羟基磷灰石脱硝催化剂及其制备方法，该改性羟基磷灰石脱硝催化剂的化学结构式分别为Ca_(10‑x)M_x(PO₄)₆(OH)₂ (1)，Ca_(10‑x)M_x(PO₄)₆(OH)₂ (2)，MO_x‑Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ (3)，M为活性金属元素；上述化学结构式(1)、(2)、(3)分别通过共沉淀法、水热合成法及浸渍法进行制备。上述催化剂具有在150～280℃温度窗口、NO烟气为800ppm条件下NO转化率在93.75％以上的主要特性，同时还具有抗SO₂中毒、成本相对较低的优点，该改性羟基磷灰石脱硝催化剂制备方法中不涉及高毒性重金属，制备成本较低且制备过程相对环保，具有高价值的工业应用前景。

技术领域

本发明属于烟气脱硝催化剂技术领域，具体涉及一种改性羟基磷灰石脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术

氮氧化物是导致酸雨、二次微细颗粒污染及光化学烟雾的主要原因，随着现代环保意识的增强以及相关政策法规的完善，对烟气中氮氧化物的脱除与减排具有更为严格的要求。目前应用较为广泛的烟气脱硝技术是以钒钛系为主要催化剂的NH₃-SCR技术，但该技术存在着操作温度窗口高(通常大于350℃)，烟气中的SO₂易导致催化剂中毒等现象；而且，该技术所使用的催化剂中钒本身就具有毒性，在制备及使用过程中具有危害人体健康的风险。因此开发出一种活性温度窗口宽，脱硝效率高，成本较低且环境友好的脱硝催化剂十分必要。

羟基磷灰石简称HAP，结晶化学式为Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，晶体为六方晶系，结构为六角柱形。羟基磷灰石是一种典型的生物活性材料，其独特的化学组成和晶体结构，使其具有优异的理化性能，它的离子交换性能使其在工业废水治理、废气治理等方面也得到广泛应用。

当前，有研究者利用羟基磷灰石作为载体进行脱硝实验，但只处于初步研究阶段。如T.Hassib等通过共沉淀法制备了HAP载体，然后以Cu(NO₃)₂为前驱体,采用离子交换法制备了Cu/HAP催化剂，在很宽的活性窗口(100～500℃)具有较好的NH₃-SCR(NH₃选择性催化还原)活性，325℃NO转化率最高达到80％，结果表明，高度分散的CuO是活性位点，NO的选择性也很高，但超过300℃时N₂O含量增加。在有2.5％(体积分数)水蒸气存在时，NO转化率明显下降。KP.Anil等将Ag负载在HAP载体上，进行了C₃H₆-SCR脱硝实验。结果表明，在250～500℃窗口内，Ag/HAP(Ag质量分数为1.5％)具有最高的催化活性，NO转化率达到70％，N₂的选择性达到60％。但未考察SO₂、H₂O对催化活性的影响。A.Ono等通过溶胶-凝胶法制备了磷灰石类氧化物型[La₈A₂Si₆O₂₆(A＝Ca、Sr、Ba)]载体，并用浸渍法负载了质量分数为1％的Pt催化剂(Pt/La₈A₂Si₆O₂₆)。当用丙烯做还原剂、反应温度低于300℃、A＝Ca、Sr、Ba时，NO的转化率分别为37％、41％、50％。

上述现有的公开文献中，最终所制得的催化剂仍存在脱硝效率低下的主要缺陷，无法与现在主流所使用的钒钛系为主要催化剂的NH₃-SCR技术相比较。

发明内容