[发明专利]一种Mn-Ce-Ti氧化物气凝胶脱硝催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Mn‑Ce‑Ti氧化物气凝胶脱硝催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂以锰盐、铈盐和钛盐为前驱体，以间苯二酚和糠醛的缩聚物为牺牲模板剂，以环氧丙烷作为网络凝胶引发剂和乙酰乙酸乙酯作为络合剂，采用溶胶‑凝胶法和超临界干燥技术制备出了一种具有较大比表面积、孔径及孔容的Mn‑Ce‑Ti氧化物气凝胶脱硝催化剂。该催化剂具有较细的晶粒、有效促进了锰铈钛金属氧化物之间的电子转移，从而提升了催化剂的催化还原能力及表面酸性，使其具有良好的低温活性及抗硫抗水性能。

技术领域

本发明涉及一种Mn-Ce-Ti氧化物气凝胶脱硝催化剂及其制备方法和应用，属于化工催化技术领域。

背景技术

氮氧化物(NO_x)是大气主要污染物之一，是O₃产生的重要前驱体，会导致酸雨、光化学烟雾和雾霾等环境问题。近年来，大部分燃煤电厂已安装脱硝装置，然而在工业窑炉领域如钢铁、水泥、玻璃和陶瓷等行业，NO_x污染依旧严重。以NH₃作为还原剂的选择性催化还原技术(NH₃-SCR)脱硝效率高、应用广泛，NO_x与NH₃可在催化剂作用下转化为无毒的N₂和H₂O，目前商用最多的NH₃-SCR型催化剂是V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂，由于钒基催化剂较高的温度活性区间，现行的SCR脱硝装置一般都安置在静电除尘器和脱硫装置前面，这样很容易导致催化剂被飞尘、碱金属以及SO₂等毒害，导致催化剂的使用寿命减少，脱硝的运行成本增加。

MnO_x-CeO₂-TiO₂三元复合催化剂是当前NH₃-SCR方向的研究热点，一般可通过水热、溶胶-凝胶、湿法浸渍、共沉淀等方法制备。但是，该催化剂工作温度范围较窄，高温下的N₂选择性差，对SO₂的耐受性差，限制了它们的实际应用。因此，针对MnO_x-CeO₂-TiO₂三元复合催化剂，需进一步提高其低温(T≤200℃)活性和抗硫性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是：现有的MnO_x-CeO₂-TiO₂三元复合催化剂的活性温度区间窄、高温下N₂选择性差和抗硫性能差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种Mn-Ce-Ti氧化物气凝胶脱硝催化剂，以锰盐、铈盐和钛盐为前驱体，以间苯二酚和糠醛的缩聚物为牺牲模板剂，以环氧丙烷作为网络凝胶引发剂和乙酰乙酸乙酯作为络合剂，经一锅溶胶凝胶、老化、溶剂置换、干燥以及焙烧后制得。

优选地，所述锰盐为硝酸锰、氯化锰、硫酸锰和乙酸锰中的至少一种或其结晶水合物；所述铈盐为硝酸铈、氯化铈、硫酸铈和乙酸铈中的至少一种或其结晶水合物；所述钛盐为四氯化钛或硫酸钛。

本发明还提供了一种上述Mn-Ce-Ti氧化物气凝胶脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将乙酰乙酸乙酯加入溶剂中，再加入钛盐、锰盐、铈盐和环氧丙烷反应，最后加入间苯二酚和糠醛的醇溶液，继续反应制得溶胶；

步骤2：将步骤1所得的溶胶老化后置于溶剂中进行溶剂置换，得到湿凝胶；

步骤3：将步骤2得到的湿凝胶干燥后得到干凝胶；

步骤4：将步骤3得到的干凝胶进行煅烧得到Mn-Ce-Ti氧化物气凝胶脱硝催化剂。