[发明专利]一种三元负载介孔硅球低温脱硝催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种三元负载介孔硅球低温脱硝催化剂的制备方法及其应用。本发明首先通过过量浸渍法将铈的前驱体灌注进介孔硅球的孔道中，在孔道空间限域的条件下煅烧形成小颗粒的氧化铈；其次，通过溶剂挥发法将一定比例的铜、锰前驱体灌注进介孔硅球的孔道后，经煅烧进行空间限域生长，氧化铈有助于铜、锰催化活性组分在孔道中均匀分散，提升催化位点和效率。本发明制备方法简单，活性位点丰富，将制备的催化剂在100℃～250℃低温下选择性催化还原含NO_x的烟气，活性温度区间宽，去除效率高，稳定性强。

技术领域

本发明属于环境保护中氮氧化物控制技术领域，具体涉及一种三元负载介孔硅球低温脱硝催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

氮氧化物(NO_x)是酸雨、光化学烟雾、温室效应和臭氧消耗的主要诱导因素，主要来源于化石燃料的燃烧排放。在众多去除NO_x的技术中，选择性催化还原(SCR)被认为是从固定来源去除NO_x的最有用的商业化技术之一，具有经济和技术效率。常见的商用钒钛基SCR催化剂V₂O₅-WO₃/TiO₂已广泛应用于火电、玻璃制造等相关行业。然而，该类商用催化剂的活性温度范围为320～400℃，能耗较高，并且废弃催化剂需作为危险废物进行处置，造成二次污染。相比于火电、玻璃制造等相关行业，一些工业行业如不锈钢酸洗产生的低温废气含有大量NO_x，若使用商用钒钛基催化剂，则需将废气进行预加热至380℃左右，造成严重的能源浪费。

在此背景下，一些适用于低温SCR(100℃～250℃)的脱硝催化剂应运而生，但是该类催化剂仍存在比表面积较低，在低温下对还原剂氨气(NH₃)的吸附能力较差，从而导致催化活性不理想。因此，如何针对低温废气开发新型环境友好型催化剂，能够高效、稳定应用于低温段烟气脱硝，避免升温造成的能源浪费及二次污染问题，已成为该领域技术急需研究的难点。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供以球形介孔二氧化硅材料为载体，铜元素、锰元素、铈元素作为活性组分和分散剂，制备方法简单，制备得到的催化剂在低温条件下NO_x去除效率高，活性温度区间宽，可以有效去除低温工业废气中的NO_x的三元负载介孔硅球低温脱硝催化剂的制备方法及其应用。

本发明提供如下技术方案：一种三元负载介孔硅球低温脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将去离子水与浓盐酸均匀混合，形成浓度为2mol/L的盐酸水溶液，称取表面活性剂P123和作为结构导向剂的氯化钾均匀溶解在盐酸水溶液中，室温下搅拌15min，然后在35℃下搅拌2h，然后向其中逐滴滴加正硅酸乙酯，室温下搅拌均匀后将混合溶液转移至聚四氟乙烯水热釜中，经第一段晶化和第二段晶化后，将所得混合液抽滤、经50℃干燥12h后置于马弗炉煅烧，经自然降温至室温，得到介孔硅球；

(2)配置铈元素的前驱体溶液；

(3)将1g所述步骤(1)制备的介孔硅球加入所述步骤(2)得到的铈元素前驱体溶液并均匀混合并搅拌8h，将所得混合液抽滤、经50℃干燥12h后置于马弗炉煅烧，经自然降温至室温，得到负载铈的介孔硅球；

(4)称取0.3g～0.9g含有铜元素前驱体无机盐水合物和0.29g～0.87g含有锰元素前驱体无机盐水合物溶于5mL无水乙醇，得到铜元素前驱体和锰元素前驱体混合乙醇溶液；

(5)将所述步骤(3)制备的所述负载铈的介孔硅球加入所述步骤(4)得到的铜元素前驱体和锰元素前驱体混合乙醇溶液，匀速搅拌6h至乙醇挥发，将混合物干燥后置于马弗炉煅烧，经自然降温至室温，得到负载铜、锰、铈的介孔硅球低温脱硝催化剂。