CN106732709A - 一种波纹板式脱硝催化剂的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波纹板式脱硝催化剂的制备工艺，先于60~80℃恒温条件下，向柠檬酸和盐酸的混合溶液中加入五氧化二钒、三氧化钼及三氧化钨，搅拌至溶解，再加入氮化碳及酸性硅溶胶、钛白粉，搅拌得到活性溶胶；然后将活性溶胶均匀喷涂于无机纤维板的上下表面，于40~80℃干燥5~30分钟，得到板式催化剂；再将板式催化剂经辊压成型为波纹形，并于氮气气氛下、80~120℃干燥1~2小时，再于氮气气氛下、300~400℃煅烧2~4小时，即得。本发明具有成本低廉、制备工艺简单、时间短，活性高、高抗磨损的优点，易于工业化生产，环境污染小，成本低，生产效率高，具有较强的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明属于脱销催化剂技术领域，具体涉及一种波纹板式脱硝催化剂的制备工艺。
背景技术
在氮氧化物污染控制技术中，选择性催化还原（SCR）法是应用最广泛、技术最成熟的方法，已成为国际上高效控制NOx排放的首选。SCR脱硝技术的关键在于脱硝催化剂，在SCR中使用的催化剂大多以二氧化钛（TiO2）为载体，以五氧化二钒（V2O5）、五氧化二钒-三氧化钨（V2O5-WO3）或五氧化二钒-三氧化钼（V2O5-MoO3）为活性成分，制成蜂窝式或板式。现有的脱硝催化剂是大多以不锈钢金属板压成的金属网为基材，将TiO2、V2O5等活性混合物黏附在不锈钢网上，经过压制、锻烧后，将催化剂板组装成催化剂模块。目前板式脱硝催化剂制备周期长，复杂，容易脱落龟裂，成本高的问题，并且以不锈钢为基材，运行时间到期后，很难重复利用。
中国专利CN201610278722.2先混合好膏料，然后置于经冲切和碾平工序的不锈钢网板上，然后将半成品在20℃、相对湿度为50%的条件下，干燥25小时，再于570℃放入履带式煅烧1.8小时，即制得平板式脱硝催化剂。中国专利CN201310729404.X以不锈钢丝网为基材，网孔密度为90%，网格直径为1.0 mm，催化剂材料各组分组成（质量比）：二氧化钛80%、五氧化二钒1%、七钼酸氨7%、乳酸2%、玻璃纤维5%、二氧化硅5%；将二氧化钛、五氧化二钒、七钼酸铵、乳酸、玻璃纤维和二氧化硅混合均匀后，涂覆在基材不锈钢丝网上，形成的涂覆层的厚度为0.9 mm，烧结温度为80~120℃下烧结8小时，得到平板式脱硝催化剂。
以上方法都是以不锈钢丝为基材，涂覆活性物质为V-W(Mo)-TiO2膏体，存在生产周期较长，工艺复杂，制造成本高，活性较低，磨损较严重等问题。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种波纹板式脱硝催化剂的制备工艺，通过在无机纤维上涂覆活性溶胶，并制成波纹形，从而提高脱硝催化剂的活性及使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种波纹板式脱硝催化剂的制备工艺，包括以下步骤：
（1）于60~80℃恒温条件下，向柠檬酸和盐酸的混合溶液中加入五氧化二钒、三氧化钼及三氧化钨，搅拌至溶解，再加入氮化碳、钛白粉及酸性硅溶胶，搅拌30~60分钟，得到活性溶胶；其中，各组分的加入量以质量百分比计，五氧化二钒、三氧化钼、三氧化钨、钛白粉、氮化碳及酸性硅溶胶分别为0.1~1%、3~8%、3~8%、10~20%、5~10%及30~50%，余量为柠檬酸和盐酸的混合溶液，柠檬酸和盐酸的混合溶液中柠檬酸的质量分数为5~10%、盐酸的质量分数为5~10%；
（2）将步骤（1）所得的活性溶胶均匀喷涂于无机纤维板的上下表面，于40~80℃干燥5~30分钟，得到板式催化剂；
（3）将步骤（2）所得板式催化剂经辊压成型为波纹形，并于氮气气氛下、80~120℃干燥1~2小时，再于氮气气氛下、300~400℃煅烧2~4小时，即得。
优选地，步骤（1）中所述酸性硅溶胶的pH为2.0~4.0，二氧化硅的含量为30%~50%，胶体粒子粒径为10~20 nm。
优选地，步骤（1）中所述钛白粉的粒径为1~25 nm。
优选地，步骤（2）中所述无机纤维板为硅酸铝纤维板、石英纤维板或硼纤维板。
优选地，步骤（2）中无机纤维板每侧表面的喷涂厚度为0.6~0.8 mm。
优选地，步骤（3）中所述辊压成型的辊压压力为5~10 MPa，辊转动线速度为0.8~1.2 m/min。
针对现有技术中板式脱硝催化剂活性低、磨损严重，制备工艺周期长、工艺复杂、成本高的问题，本发明通过在无机纤维上涂覆活性溶胶，再辊压成波纹形，具有成本低廉、制备工艺简单、时间短，活性高、高抗磨损的优点。
本发明以柠檬酸-盐酸为还原剂制备方法简单，原材料容易获得，以无机纤维板为基材，成本低廉，比现有以不锈钢丝网为基材价格便宜，厚度可根据需要调节，而且无机纤维板可以重复利用，降低使用成本。经过还原剂还原，所述活性溶胶中的活性物质为VO2、MoO2、WO2，这三种金属氧化物中金属价态均为+4价，而现有的V2O5、MoO3、WO3中金属价态均为+5价，因此本发明制得的催化剂具有更强的氧化还原能力，能提供更高的催化剂活性。本发明以C3N4为增强剂，可以明显增加波纹板式催化剂的强度，使其抗磨损能力更强。本发明易于工业化生产，环境污染小，成本低，生产效率高，具有较强的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明制得的波纹板式脱硝催化剂的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明，但所述实施例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
下述实施例中所述酸性硅溶胶购自上海双伦实业有限公司，型号为FT-30~50，工业级，pH为2~4，胶体粒径为10~20 nm；V2O5、MoO3及WO3均购自国药集团化学试剂股份有限公司，分析纯，V2O5纯度≥95%，MoO3纯度≥99%，WO3纯度≥99.5%；钛白粉购自杭州万景新材料有限公司，型号为VK-TA10，锐钛型，粒径是10 nm，pH为6~8，比表面积105.8 m2/g；C3N4采用尿素分解法制得，具体步骤为称取15 g尿素，在80℃下干燥24小时，研磨，然后在氮气保护下置于管式炉中，以2.5℃/min的升温速率升至500℃，并保温1小时，然后自然冷却至室温后取出，即得淡黄色的C3N4粉末。
实施例1
一种波纹板式脱硝催化剂的制备工艺，包括以下步骤：
（1）于60℃水浴恒温条件下，向柠檬酸和盐酸的混合溶液中加入V2O5、MoO3及WO3，搅拌至溶解，再加入氮化碳、钛白粉及酸性硅溶胶，搅拌30min，得到活性溶胶；
其中，各组分的加入量以质量百分比计，五氧化二钒、三氧化钼、三氧化钨、钛白粉、氮化碳及酸性硅溶胶分别为1%、8%、8%、10%、10%及30%，余量为柠檬酸和盐酸的混合溶液，柠檬酸和盐酸的混合溶液中柠檬酸的质量分数为5%、盐酸的质量分数为10%；
（2）将步骤（1）所得的活性溶胶均匀喷涂于无机纤维板的上下表面，每面的喷涂厚度为0.6 mm，于40℃干燥30分钟，得到板式催化剂；其中，无机纤维板为硅酸铝纤维板；
（3）将步骤（2）所得板式催化剂经辊压成型为波纹形，并于氮气气氛下、120℃干燥2小时，再于氮气气氛下、300℃煅烧4小时，即得；其中，所述辊压成型的辊压压力为10 MPa，辊转动的线速度为1.2 m/min。
实施例2
一种波纹板式脱硝催化剂的制备工艺，包括以下步骤：
（1）于80℃水浴恒温条件下，向柠檬酸和盐酸的混合溶液中加入V2O5、MoO3及WO3，搅拌至溶解，再加入C3N4、钛白粉及酸性硅溶胶，搅拌60min，得到活性溶胶；
其中，各组分的加入量以质量百分比计，五氧化二钒、三氧化钼、三氧化钨、钛白粉、氮化碳及酸性硅溶胶分别为0.1%、3%、3%、20%、5%及50%，余量为柠檬酸和盐酸的混合溶液，柠檬酸和盐酸的混合溶液中柠檬酸的质量分数为10%、盐酸的质量分数为5%；
（2）将步骤（1）所得的活性溶胶均匀喷涂于无机纤维板的上下表面，每面的喷涂厚度为0.8 mm，于80℃干燥5分钟，得到板式催化剂；其中，无机纤维板为石英纤维板；
（3）将步骤（2）所得板式催化剂经辊压成型为波纹形，并于氮气气氛下、120℃干燥1小时，再于氮气气氛下、400℃煅烧2小时，即得；其中，所述辊压成型的辊压压力为5 MPa，辊转动的线速度为0.8 m/min。
实施例3
一种波纹板式脱硝催化剂的制备工艺，包括以下步骤：
（1）于70℃水浴恒温条件下，向柠檬酸和盐酸的混合溶液中加入V2O5、MoO3及WO3，搅拌至溶解，再加入C3N4、钛白粉及酸性硅溶胶，搅拌45min，得到活性溶胶；
其中，各组分的加入量以质量百分比计，五氧化二钒、三氧化钼、三氧化钨、钛白粉、氮化碳及酸性硅溶胶分别为0.8%、5%、8%、15%、8%及30%，余量为柠檬酸和盐酸的混合溶液，柠檬酸和盐酸的混合溶液中柠檬酸的质量分数为10%、盐酸的质量分数为10%；
（2）将步骤（1）所得的活性溶胶均匀喷涂于无机纤维板的上下表面，每面的喷涂厚度为0.7 mm，于60℃干燥20分钟，得到板式催化剂；其中，无机纤维板为硼纤维板；
（3）将步骤（2）所得板式催化剂经辊压成型为波纹形，并于氮气气氛下、100℃干燥1.5小时，再于氮气气氛下、350℃煅烧3小时，即得；其中，所述辊压成型的辊压压力为8 MPa，辊转动的线速度为1 m/min。
实施例4
一种波纹板式脱硝催化剂的制备工艺，包括以下步骤：
（1）于60℃水浴恒温下，向柠檬酸和盐酸的混合溶液中加入V2O5、MoO3及WO3，搅拌至溶解，再加入C3N4、钛白粉及酸性硅溶胶，搅拌40min，得到活性溶胶；
其中，各组分的加入量以质量百分比计，五氧化二钒、三氧化钼、三氧化钨、钛白粉、氮化碳及酸性硅溶胶分别为0.1%、3%、3%、10%、5%及50%，余量为柠檬酸和盐酸的混合溶液，柠檬酸和盐酸的混合溶液中柠檬酸的质量分数为8%、盐酸的质量分数为8%；
（2）将步骤（1）所得的活性溶胶均匀喷涂于无机纤维板的上下表面，每面的喷涂厚度为0.6 mm，于70℃干燥25分钟，得到板式催化剂；其中，无机纤维板为石英纤维板；
（3）将步骤（2）所得板式催化剂经辊压成型为波纹形，并于氮气气氛下、120℃干燥1小时，再于氮气气氛下、400℃煅烧2小时，即得；其中，所述辊压成型的辊压压力为6 MPa，辊转动的线速度为1.1 m/min。
实施例5
一种波纹板式脱硝催化剂的制备工艺，包括以下步骤：
（1）于65℃水浴恒温下，向柠檬酸和盐酸的混合溶液中加入V2O5、MoO3及WO3，搅拌至溶解，再加入C3N4、钛白粉及酸性硅溶胶，搅拌60min，得到活性溶胶；
其中，各组分的加入量以质量百分比计，五氧化二钒、三氧化钼、三氧化钨、钛白粉、氮化碳及酸性硅溶胶分别为1%、5%、5%、20%、8%及30%，余量为柠檬酸和盐酸的混合溶液，柠檬酸和盐酸的混合溶液中柠檬酸的质量分数为10%、盐酸的质量分数为10%；
（2）将步骤（1）所得的活性溶胶均匀喷涂于无机纤维板的上下表面，每面的喷涂厚度为0.6 mm，于80℃干燥30分钟，得到板式催化剂；其中，无机纤维板为硅酸铝纤维板；
（3）将步骤（2）所得板式催化剂经辊压成型为波纹形，并于氮气气氛下、120℃干燥1小时，再于氮气气氛下、400℃煅烧2小时，即得；其中，所述辊压成型的辊压压力为10 MPa，辊转动的线速度为1.2 m/min。
实施例6
一种波纹板式脱硝催化剂的制备工艺，包括以下步骤：
（1）于70℃水浴恒温下，向柠檬酸和盐酸的混合溶液中加入V2O5、MoO3及WO3，搅拌至溶解，再加入C3N4、钛白粉及酸性硅溶胶，搅拌30min，得到活性溶胶；
其中，各组分的加入量以质量百分比计，五氧化二钒、三氧化钼、三氧化钨、钛白粉、氮化碳及酸性硅溶胶分别为0.6%、6%、5%、10%、6%及40%，余量为柠檬酸和盐酸的混合溶液，柠檬酸和盐酸的混合溶液中柠檬酸的质量分数为8%、盐酸的质量分数为8%；
（2）将步骤（1）所得的活性溶胶均匀喷涂于无机纤维板的上下表面，每面的喷涂厚度为0.8 mm，于80℃干燥5分钟，得到板式催化剂；其中，无机纤维板为硅酸铝纤维板；
（3）将步骤（2）所得板式催化剂经辊压成型为波纹形，并于氮气气氛下、80℃干燥2小时，再于氮气气氛下、300℃煅烧3小时，即得；其中，所述辊压成型的辊压压力为10 MPa，辊转动的线速度为1.2 m/min。
比较例1
一种波纹板式脱硝催化剂的制备工艺，包括以下步骤：
（1）于60℃水浴恒温条件下，在去离子水中加入V2O5、MoO3、WO3、C3N4、钛白粉及酸性硅溶胶，搅拌30min，得到活性溶胶；
其中，其中，活性溶胶各组分的加入量以质量百分比计，五氧化二钒、三氧化钼、三氧化钨、钛白粉、氮化碳及酸性硅溶胶分别为1%、8%、8%、10%、10%及30%，余量为去离子水；
（2）将步骤（1）所得的活性溶胶均匀喷涂于硅酸铝纤维板的上下表面，每面的喷涂厚度为0.6 mm，于40℃干燥30分钟，得到板式催化剂；
（3）将步骤（2）所得板式催化剂经辊压成型为波纹形，并于空气气氛下、120℃干燥2小时，再于空气气氛下、300℃煅烧4小时，即得；其中，所述辊压成型的辊压压力为10 MPa，辊转动的线速度为1.2 m/min。
将实施例1至6以及比较例1制备的催化剂，在相同的检测条件下，按照GBT 31584-2015 平板式烟气脱硝催化剂要求检测磨损强度和活性等，结果如表1所示。
从表1可以看出，按照本发明制备波纹式脱硝催化剂经过磨损强度和活性检测，可以明显看出：加入C3N4后催化剂磨损比未加入的磨损强度越低，证明催化剂抗磨损性能越强，并且黏附性更强。比较活性数据，可以看出采用本发明制备的催化剂活性较高。因此，将本发明所述制备工艺能够有效增加脱硝催化剂抗磨损性能和活性性能，从而延长脱硝催化剂使用寿命，持较高的脱硝效率，这必将降低燃煤火电厂的生产成本，具有重大的经济价值。
最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。
Claims (6)
1.一种波纹板式脱硝催化剂的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）于60~80℃恒温条件下，向柠檬酸和盐酸的混合溶液中加入五氧化二钒、三氧化钼及三氧化钨，搅拌至溶解，再加入氮化碳、钛白粉及酸性硅溶胶，搅拌30~60分钟，得到活性溶胶；其中，各组分的加入量以质量百分比计，五氧化二钒、三氧化钼、三氧化钨、钛白粉、氮化碳及酸性硅溶胶分别为0.1~1%、3~8%、3~8%、10~20%、5~10%及30~50%，余量为柠檬酸和盐酸的混合溶液，柠檬酸和盐酸的混合溶液中柠檬酸的质量分数为5~10%、盐酸的质量分数为5~10%；
（2）将步骤（1）所得的活性溶胶均匀喷涂于无机纤维板的上下表面，于40~80℃干燥5~30分钟，得到板式催化剂；
（3）将步骤（2）所得板式催化剂经辊压成型为波纹形，并于氮气气氛下、80~120℃干燥1~2小时，再于氮气气氛下、300~400℃煅烧2~4小时，即得。
2.根据权利要求1所述的波纹板式脱硝催化剂的制备工艺，其特征在于：步骤（1）中所述酸性硅溶胶的pH为2.0~4.0，二氧化硅的含量为30%~50%，胶体粒子粒径为10~20 nm。
3.根据权利要求1所述的波纹板式脱硝催化剂的制备工艺，其特征在于：步骤（1）中所述钛白粉的粒径为1~25 nm。
4.根据权利要求1所述的波纹板式脱硝催化剂的制备工艺，其特征在于：步骤（2）中所述无机纤维板为硅酸铝纤维板、石英纤维板或硼纤维板。
5.根据权利要求1所述的波纹板式脱硝催化剂的制备工艺，其特征在于：步骤（2）中无机纤维板每侧表面的喷涂厚度为0.6~0.8 mm。
6.根据权利要求1所述的波纹板式脱硝催化剂的制备工艺，其特征在于：步骤（3）中所述辊压成型的辊压压力为5~10 MPa，辊转动线速度为0.8~1.2 m/min。
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