[发明专利]一种原位负载阵列式活性成分的碳纤维基脱硝催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种原位负载阵列式活性成分的碳纤维基脱硝催化剂及其制备方法，所述脱硝催化剂由碳纤维负载活性成分得到，所述活性成分为具有催化活性的锰氧化物和/或铈氧化物，并且所述活性成分在碳纤维表面阵列式分布。本发明提供的原位负载阵列式活性成分的碳纤维基脱硝催化剂具有良好的中低温区域催化脱硝活性和抗硫中毒能力，从而延长了催化剂使用寿命，并降低了脱硝成本，与现有的脱硝催化剂相比，本发明合成的原位负载阵列式活性成分的活性碳纤维催化剂可使气体中氮氧化物的浓度降低82～99％(在150～280℃范围内)，在260℃、100ppmSOsubgt;2/subgt;条件下，使用8小时催化剂仍保持着较高的氮氧化物脱除效率。

技术领域

本发明属于催化剂合成技术领域，涉及一种原位负载阵列式活性成分的碳纤维基脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术

GB 26453—2011《平板玻璃工业大气污染物排放标准》中规定：氮氧化物(NO_x)的排放限值为700mg/m³。同时，各个地区也制定了越来越严格的排放标准。例如，山东地区要求，2020年1月1日以后新建企业氮氧化物的放限值分别为200mg/m³(重点地区100mg/m³)。为了满足这些日益严格的行业标准，目前很多国内玻璃窑炉采用了燃煤电厂行业的选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)脱硝技术。SCR技术是指利用还原剂有选择性的将NO_x催化还原成N₂和H₂O，它的技术核心是脱硝催化剂，已有厂家采用成熟的商用钒钛系SCR催化剂有效地控制燃煤电厂氮氧化物的排放。

石油焦、重油、天然气、发生炉煤气等被广泛用作国内玻璃生产线的燃料，这一生产特点给SCR催化剂带来了严峻的挑战。实际使用时发现，燃烧过程中产生的焦油会粘附在SCR脱硝催化剂表面及孔道中，造成催化剂的失活。如果采用中高温SCR工艺，根据中高温脱硝催化剂的反应温度窗口要求，首先将玻璃熔窑高温烟气引入余热锅炉，然后对出口烟气(温度为300～400℃)进行高温除尘净化处理，最后将温度适宜的烟气导入SCR反应器，从而达到较高的氮氧化物脱除率。然而，这种工艺必须对余热锅炉进行改造，余热锅炉改造困难的工厂需要采用水冷降温并造成能源浪费，并且高温除尘也需要大量投资与运行成本。如果采用中低温SCR工艺(200～300℃下反应)，则可以避免这种不利因素，但中低温SCR催化剂的活性与抗硫性能是一个值得关注的问题。针对中低温SCR催化剂的活性，主要的研究内容为：第一，如何提高催化剂在中低温区域的催化活性，以增加氮氧化物的脱除率；第二，如何增加催化剂的反应温度窗口，以适应生产工艺带来的温度波动。还有一个需注意的是SO₂中毒问题，主要体现在以下两个方面：一方面，SO₂与NH₃在中低温下容易生成硫酸铵和硫酸氢铵等，它们会造成催化剂孔道的堵塞以及活性位的覆盖，从而降低催化剂的催化活性；另一方面，活性中心金属原子被SO₂硫酸化，从而导致催化剂的活性显著降低甚至失活。

因此，从燃煤电厂直接嫁接到玻璃厂的SCR脱硝技术在应用中面临着设备改造困难、脱硝效率低、催化剂使用寿命短等问题，并且废弃的钒基脱硝催化剂对环境污染较大，故当前亟待解决的问题是研究适用于玻璃窑炉烟气的环境友好型碳基SCR脱硝催化剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种原位负载阵列式活性成分的碳纤维基脱硝催化剂及其制备方法和应用，该催化剂具有良好的中低温催化活性，并且能够解决抗硫中毒问题，提升SCR中低温催化剂的适应性与环境友好性。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种原位负载阵列式活性成分的碳纤维基脱硝催化剂，所述脱硝催化剂由碳纤维负载活性成分得到，所述活性成分为具有催化活性的锰氧化物和/或铈氧化物，并且所述活性成分在碳纤维表面阵列式分布。