CN106563464A - 一种用于苯低温催化消除的铈基催化剂及制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于苯低温催化消除的铈基催化剂及制备和应用；该催化剂以钴掺杂的氧化铈为活性组分，其中钴和铈的摩尔比为1:9~3:7；该催化剂采用柠檬酸氢氧化钠法制备，制备方法简单，催化剂颗粒均匀。本发明中催化剂采用非贵金属钴和铈所形成的复合氧化物作为活性组分，大大降低了催化剂成本，并且本发明中催化剂在较高的空速和较低的反应温度下具有较好的催化氧化活性。本发明采用钴掺杂对铈基催化剂进行改性，大大提高了其对于苯系物的高温催化氧化活性，为铈基催化剂的开发奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种铈锰负载氧化钴低温脱硝催化剂及其制备方法，适用于环境污染物NO的选择性催化还原，在环境净化领域具有应用前景。
背景技术
NOx是大气中常见的主要污染物，作为一次污染物，会对任何动植物造成多种直接危害，而且NO还可通过光化学氧化作用转化为NO2，继而形成硝酸和亚硝酸，是酸雨的主要贡献者。我国NOx排放主要集中在火电和水泥等行业以及机动车尾气排放。
目前应用较为广泛的烟气脱硝技术主要是选择性非催化还原技术（SNCR）及选择性催化还原技术（SCR），SNCR技术的反应温度较高，约为800-1100℃，整个催化系统较为简单，但是脱硝效率并不能令人满意。SCR技术是世界上应用最广泛、最为成熟且最有效的烟气脱硝技术。在NH3-SCR技术中，使用最成熟的催化剂是MoO3或WO3辅助的V2O5/TiO2催化剂，其主要特点是具有高活性以及能承受一定的SO2毒害作用，活性窗口一般为300-420 ℃。但是V2O5催化剂具有明显的生物制毒效应，对生态环境有毒害作用，而且反应温度较高，不适用于炉温较低的锅炉。基于以上原因，人们将NH3-SCR技术的研究重点放在开发具有高活性、低毒性、低温的非V2O5催化剂，从而可将NH3-SCR反应器直接配置于除尘和脱硫装置之后，降低灰尘和硫对催化剂的危害。
发明内容
本发明目的是为了克服上述现有氮氧化物治理催化剂存在的缺陷，如催化剂具有毒性，反应温度较高等，提供了一种可降低反应温度的铈锰负载氧化钴脱硝催化剂的制备方法，该催化剂制备工艺简便，成本较低。
本发明的目的可通过以下技术方案来实现，用碳酸铵共沉淀方法来制备铈锰氧化物，然后负载氧化钴，具体步骤如下：
一种铈锰负载氧化钴低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
称取一定量的锰盐和铈盐置于200 mL水中，室温搅拌至完全溶解，随后滴加30mL碳酸铵溶液，使溶液完全沉淀，继续搅拌1~3小时，将得到的悬浮液进行过滤洗涤后放入60-80℃烘箱中干燥12小时，然后放入马弗炉中400-600℃焙烧3~5小时，制得铈锰氧化物；
将钴盐溶解于去离子水中，获得钴溶液，将其滴加到1.0克铈锰复合氧化物中，浸渍6-12小时后，放入60-80℃烘箱中干燥12小时，然后在400-600℃焙烧3-5小时，得到铈锰负载氧化钴催化剂，其中钴的质量分数为2.5-10%。
所述的铈盐为硝酸铈，硝酸铈铵中的一种，所述的锰盐为硝酸锰，醋酸锰中的一种，所述的钴盐为硝酸钴，醋酸钴中的一种。
所述的锰盐与铈盐的摩尔比为0.11:1 ~ 9.0:1，所述的碳酸铵溶液浓度为2.0 ~3.0 摩尔/升。
一种由上述任意一项所述方法制备得到铈锰负载氧化钴催化剂。
一种铈锰负载氧化钴催化剂在环境污染物NO的选择性催化还原的应用，在NH3-SCR反应中的应用，其特征在于具体反应条件如下：反应温度20-400℃，气体总流量500 mL/min，反应气组成为100-500 ppm一氧化氮，100-500 ppm氨气，3-10%氧气，其余为氮气。
本发明中，铈锰负载氧化钴催化剂用于一氧化氮的选择性催化还原，具有较好的性能，该催化剂中氧化锰多价态使其具有良好的氧化还原能力。当一氧化氮与二氧化氮的摩尔比为1:1时，SCR的效率最优，而该催化剂中氧化铈具有优异的储放氧能力，同时氧化钴也具备一定的氧化能力，从而一定程度上促使二氧化氮的生成而提高反应效率。反应温度为125℃时，一氧化氮的转化率即可达到99%以上，并且本发明制备催化剂的原料易得，工艺简单，成本较低，易于实现工业化生产。
本发明中，提出了铈锰负载氧化钴催化剂，用于一氧化氮的选择性催化还原，具有较好的性能，该催化剂中氧化锰多价态使其具有良好的氧化还原能力。当一氧化氮与二氧化氮的摩尔比为1:1时，SCR的效率最优，而该催化剂中氧化铈具有优异的储放氧能力，同时氧化钴也具备一定的氧化能力，从而一定程度上促使二氧化氮的生成而提高反应效率。
附图说明
图1为本发明实施例1~5中所述催化剂的NH3-SCR反应活性图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进行详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1
称取1.79 克50%硝酸锰溶液，19.5克硝酸铈，溶于200毫升水中，在室温下搅拌溶解，滴加30毫升2.9 摩尔/升的碳酸铵水溶液，继续搅拌2小时后过滤洗涤，70℃烘箱中干燥12小时，然后在马弗炉中500℃焙烧4小时，得到铈锰氧化物Ce9Mn1。
称取0.09克硝酸钴溶于1.00毫升去离子水中，获得钴溶液将其滴加到1.0克Ce9Mn1催化剂中，浸渍6小时，放入70℃烘箱中干燥12小时，然后放入马弗炉中500℃焙烧4小时，得到2.5%Co/Ce9Mn1催化剂。
实施例2
与实施例1相比较，不同的是50%硝酸锰溶液的质量为5.37克，硝酸铈的质量为15.2克，碳酸铵水溶液的浓度为2.7摩尔/升，其他操作条件与实施例1相同，得到2.5%Co/Ce7Mn3催化剂。
实施例3
与实施例1相比较，不同的是50%硝酸锰溶液的质量为16.1克，硝酸铈的质量为2.17克，碳酸铵水溶液的浓度为2.1摩尔/升，其他操作条件与实施例1相同，得到2.5%Co/Ce1Mn9催化剂。
实施例4
与实施例1相比较，不同的是硝酸钴的质量为0.18克，其他操作条件与实施例1相同，得到5%Co/Ce1Mn9催化剂。
实施例5
与实施例1相比较，不同的是硝酸钴的质量为0.36克，其他操作条件与实施例1相同，得到10%Co/Ce1Mn9催化剂。
测试例
各取新鲜制得的催化剂分别装在石英反应管中。测试温度从20-400℃，在100-400℃之间，每隔25℃取一个测试点，在每个测试点各保持10分钟。一氧化氮的转化率如图1所示，从图中可以看出，保持钴的负载量2.5%不变，调节铈与锰的摩尔比，催化剂的活性呈现较大的差异，当铈锰复合氧化物中铈的量减少而锰的量增加时，催化剂的活性逐渐升高，获得最高活性的反应温度逐渐降低，当铈与锰的摩尔比为1:9时，一氧化氮的转化率在150℃下可达到97%。保持铈与锰的摩尔比为1:9不变，增加钴的负载量，催化剂的活性呈现先升高后降低的趋势，当钴的负载量为5%时，一氧化氮的转化率在125℃即可达到近99%以上。继续增加钴的负载量到10%时，一氧化氮的转化率反而降低，在150℃下，转化率为93%。
Claims (4)
1.一种用于苯低温催化消除的铈基催化剂，其特征在于，其为钴掺杂的氧化铈，其中摩尔比为Co/Ce=1:9~3:7。
2.根据权利要求1所述一种用于苯低温催化消除的铈基催化剂的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
（1）配制柠檬酸和氢氧化钠的混合溶液，其总浓度为8.0mol/L，其中柠檬酸和氢氧化钠的摩尔比为5:3，称为溶液A；
（2）配制钴和铈的前驱体混合盐溶液，其总浓度为0.6mol/L，其中钴和铈的摩尔比为1:9~3:7，称为溶液B；
（3）保持80~100℃，搅拌的条件下，将B溶液逐滴滴加到A溶液中，搅拌24~48h,其中A溶液和B溶液的体积比为2:1；
（4）将得到的沉淀用去离子水洗涤，80~110℃过夜烘干，400~500℃焙烧2~4h，得到所制备的钴掺杂的氧化铈催化剂。
3.根据权利要求2所述一种用于苯低温催化消除的铈基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述钴和铈的前驱体为钴和铈的硝酸盐、乙酸盐、或草酸盐中的一种。
4.根据权利要求1所述用于苯低温催化消除的铈基催化剂用于苯低温催化消除的应用。
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