[发明专利]一种抗中毒离子交换型凹凸棒基脱硝催化剂、其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种离子交换型凹凸棒土基脱硝催化剂及其制备方法，本发明催化剂是一种具备很好抗碱/碱土/重金属能力的脱硝催化剂。凹凸棒因其独特的层链状结构形成大量活性硅烷醇基团(Si‑OH)而具备很好的离子交换性能，该催化剂利用这一特性通过两步交换法将不同活性金属离子(Fe、Cu、Mn、Ce、Ni、Co)交换到凹凸棒中，经洗涤、烘干和煅烧形成离子交换型凹凸棒土基催化剂。本发明催化剂中低温脱硝性能优异、N₂选择性高、二次污染小、并具有很好的抗碱/碱土/重金属中毒能力、价格低廉等优点，其可适用于含碱/碱土/重金属飞灰的固定源烟气脱硝。

技术领域

本发明涉及一种脱硝催化剂及其制备方法，特别是涉及一种离子交换型凹凸棒土基脱硝催化剂及其制备方法，应用于环境保护中氮氧化物控制与净化技术领域。

背景技术

随着人口的爆炸性增长，经济社会不断发展，工农业生产生活活动不断加强，环境污染问题也日趋严重。在众多污染物中，氮氧化物(NO_x)是造成大气污染的重要污染源之一，它可引起雾霾、酸雨、臭氧空洞和光化学烟雾等各种重大污染现象，严重影响了人类身体健康和生态系统的平衡稳定。为了控制氮氧化物的排放，我国近年来也出台了多项相关法律法规加以限制。目前，去除氮氧化物的方法主要有选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、吸附法和等离子体法等。其中，氨选择性催化还原法(NH₃-SCR)是目前应用最广泛、脱除氮氧化物最有效的固定源烟气脱硝技术，商用NH₃-SCR催化剂V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂在300～400℃的温度范围内保持几近100％的转化率，但在脱硝实际应用中仍存在生物毒性高、中毒失活严重等问题。

在成分复杂的工业锅炉烟气中，K₂O、CaO、Na₂O、PdO、CdO、As₂O₃等碱/碱土/重金属氧化物的大量存在是造成催化剂失活的重要因素。碱/碱土/重金属会占据催化剂的酸位或者活性位，影响催化剂的表面酸性和氧化还原循环，进而导致催化剂的失活。目前，主要是通过使用强酸性载体、添加助剂、构筑牺牲位点等提高催化剂的酸性，分离活性位和中毒位等来提高催化剂的抗性。这些方法虽然能在一定程度上缓解催化剂的中毒，提高催化剂的抗性，但是催化剂本身具有生物毒性、不环保、且制作工艺复杂、成本高，结构较不稳定，热稳定性也较差等问题，因此开发一种成本低、绿色环保并具备高稳定性、高脱硝活性和良好的抗碱/碱土/重金属中毒能力的脱硝催化剂是亟待解决的问题。

发明内容

本发明涉及一种抗中毒离子交换型凹凸棒基脱硝催化剂、其制备方法和应用，本发明开发的催化剂在保证催化剂优良中低温活性的基础上，同时增强了催化剂抗碱/碱土/重金属性能，能够极大地提高催化剂在实际应用中的实用性。

为了达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种抗中毒离子交换型凹凸棒基脱硝催化剂，以凹凸棒原矿或活化改性的凹凸棒作为交换活性金属离子的材料，用两步交换法制备该催化剂；所述催化剂交换的活性金属为铜、铁、锰、铈、钴、镍的金属离子中的至少一种。

优选地，用于交换的活性金属元素为铜、铁、锰、铈、钴、镍中的至少一种。

一种本发明抗中毒离子交换型凹凸棒基脱硝催化剂的制备方法，包括如下步骤：

a.凹凸棒的提纯活化：

将分散剂溶于去离子水中，然后边搅拌边将凹凸棒原矿加入溶有分散剂的水中，搅拌0.5～2h、超声处理0.5～2h，重复搅拌和超声处理2～4次，静置2～5h，将上层悬浊液倒出，先用稀酸溶液离心洗涤2～5次，再用去离子水洗涤至中性，置于70～90℃的条件下烘干，研磨后得到提纯凹凸棒，记粉末A；

b.凹凸棒的酸活化：