本发明涉及烟气净化,具体涉及一种脱硝催化剂及其制备方法和应用。
背景技术:
1、随着经济的发展和工业化的提高,环境污染问题也在不断凸显。作为形成酸雨、光化学烟雾和消耗o3的重要物质,氮氧化物(nox)是主要的大气污染物之一;同时,以一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物可刺激肺部,引发呼吸系统疾病,还易与人体内的血红蛋白结合引起高铁血红蛋白血症,严重损害人体健康。
2、以nh3为还原剂的选择性催化还原(selective catalytic reduction, scr)技术是目前工业上用于控制氮氧化物(nox)排放最广泛也最有效的方法。然而,nh3-scr技术仍存在一问题亟待解决,如,nh3-scr技术在工业应用中,钒钛系催化剂的工作温度窗口普遍在中高温段(300~400℃),低温范围内脱硝活性差,同时,钒副产物具有生物毒害性,对人体和环境都有着极大的危害;此外,scr反应器介于省煤器和空气预热器之间,进入scr反应器的烟气中含有大量粉尘及碱(土)金属、重金属等物质,会堵塞催化剂孔隙,导致催化剂中毒失活,特别是pb作为烟气中典型的重金属元素之一,少量pb就会造成催化剂失活,降低其使用寿命,影响经济效益。
3、因此,急需开发出一种脱硝催化剂,既具有较高的低温活性,同时还兼具较佳抗中毒能力。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的在nh3-scr领域中钒钛系催化剂低温范围内脱硝活性差,而且易中毒失活,以及钒副产物具有生物毒害性,对人体和环境都有着极大的危害的问题,提供一种脱硝催化剂及其制备方法和应用,该技术方案以钴基金属有机骨架(mof)材料为载体前驱体,具有高比表面积、高孔隙率和结构可控等优点,通过氩气介质阻挡放电等离子体快速分解硝酸盐,并使得催化剂颗粒尺寸减小、活性物质分散度提高、与载体的相互作用增强,所制备的脱硝催化剂用于nh3-scr领域,不仅具有较高的低温脱硝活性,同时还展现了较佳的抗中毒能力。
2、为了实现上述目的,本发明第一方面提供了一种脱硝催化剂,该脱硝催化剂含有载体氧化物和活性组分,其中,所述载体氧化物为zif-67衍生的co3o4,所述活性组分为氧化铈和氧化锡的复合氧化物。
3、优选地,所述载体氧化物以co元素计的含量与所述活性组分以ce和sn元素计的含量摩尔比为1:(2-4)。
4、优选地,在所述活性组分中,以ce和sn元素计,所述氧化铈和所述氧化锡的摩尔比为1:(1-2)。
5、本发明第二方面提供了一种脱硝催化剂的制备方法,该方法包括以下步骤:
6、(1)将金属有机框架材料zif-67、锡盐、铈盐和水混合,从得到的混合物中分离出固相,然后依次进行洗涤和干燥;
7、(2)将步骤(1)得到的混合物粉末通过介质阻挡放电进行等离子体处理。
8、优选地,所述金属有机框架材料zif-67以co元素计的的用量与所述铈盐和所述锡盐分别以ce和sn元素计的用量摩尔比为1:(2-4)。
9、优选地,在所述活性组分中,以ce和sn元素计,所述铈盐和所述锡盐分别以ce和sn元素计的用量摩尔比为1:(1-2)。
10、优选地,所述等离子体处理的条件包括:时间为1-30min,电压为40-60v,电流为1.5-2a。
11、优选地,所述金属有机框架材料zif-67的制备过程包括:将硝酸钴、2-甲基咪唑和溶剂混合并进行水热反应。
12、优选地,所述硝酸钴和所述2-甲基咪唑的摩尔比为1:(35-50)。
13、优选地,所述水热反应的条件包括:温度为100-120℃,时间为12-24h。
14、优选地,该方法还包括:在实施步骤(1)之前,将所述金属有机框架材料zif-67进行预处理,所述预处理的过程包括:将所述金属有机框架材料zif-67、聚乙烯吡咯烷酮和醇混合,从得到的混合物中分离出固相,然后依次进行洗涤和干燥。
15、优选地,所述金属有机框架材料zif-67、所述聚乙烯吡咯烷酮和所述醇的用量质量比为1:(4-6):(30-50)。
16、本发明第三方面提供了由上述的方法制备的脱硝催化剂。
17、本发明第四方面提供了上述的脱硝催化剂在脱除含铅烟气中的no中的应用。
18、与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
19、(1)本发明以钴基金属有机骨架(mof)材料为载体前驱体,mof材料具有高比表面积、高孔隙率和结构可控等优点,以金属有机框架材料zif-67衍生的co3o4为载体,以氧化锡与氧化铈的复合氧化物为活性组分,实现了较低温度下对no的有效脱除,同时该催化剂还展现了优异的耐铅中毒能力。
20、(2)本发明通过氩气介质阻挡放电等离子体快速分解硝酸盐得到对应金属氧化物,介质阻挡放电等离子体是将绝缘介质加入放电空间内,以电磁波和高强电场经由气体放电产生电离;与传统马弗炉热解等方式相比,采用介质阻挡放电等离子体制备催化剂能够降低能耗,缩短催化剂制备时间,获得高度分散的活性物质,同时还能够提高催化剂的性能和稳定性。
1.一种脱硝催化剂,其特征在于,该脱硝催化剂含有载体氧化物和活性组分,其中,所述载体氧化物为zif-67衍生的co3o4,所述活性组分为氧化铈和氧化锡的复合氧化物。
2.根据权利要求1所述的脱硝催化剂,其特征在于,所述载体氧化物以co元素计的含量与所述活性组分以ce和sn元素计的含量摩尔比为1:(2-4)。
3.根据权利要求1或2所述的脱硝催化剂,其特征在于,在所述活性组分中,以ce和sn元素计,所述氧化铈和所述氧化锡的摩尔比为1:(1-2)。
4.一种脱硝催化剂的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述金属有机框架材料zif-67以co元素计的用量与所述铈盐和所述锡盐分别以ce和sn元素计的用量摩尔比为1:(2-4)。
6.根据权利要求4或5所述的方法,其特征在于,所述铈盐和所述锡盐分别以ce和sn元素计的用量摩尔比为1:(1-2)。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法,其特征在于,所述等离子体处理的条件包括:时间为1-30min,电压为40-60v,电流为1.5-2a。
8.根据权利要求4-7中任意一项所述的方法,其特征在于,所述金属有机框架材料zif-67的制备过程包括:将硝酸钴、2-甲基咪唑和溶剂混合并进行水热反应;
9.根据权利要求4-8中任意一项所述的方法,其特征在于,该方法还包括:在实施步骤(1)之前,将所述金属有机框架材料zif-67进行预处理,所述预处理的过程包括:将所述金属有机框架材料zif-67、聚乙烯吡咯烷酮和醇混合,从得到的混合物中分离出固相,然后依次进行洗涤和干燥;
10.由权利要求4-9中任意一项所述的方法制备的脱硝催化剂。
11.权利要求1-3和10中任意一项所述的脱硝催化剂在脱除含铅烟气中的no中的应用。