一种纳米花状同时脱硝脱VOCs稀土基催化剂及其制备方法
文献发布时间:2024-04-18 19:58:30
技术领域
本发明涉及一种纳米花状同时脱硝脱VOCs稀土基催化剂及其制备方法,属于工业烟气净化领域。
背景技术
NO
现有脱硝专利中,专利CN201510043079.0通过熔炉纺丝工艺制成RP CHOP脱硝催化剂纤维,再与SCR脱硝催化剂原料混合制得超薄形的SCR脱硝催化剂。专利CN202111531635.0以SiC为载体的锰铈金属催化剂上负载金属钐得到了以Sm为活性成分的脱硝催化剂,使得气相反应物可以更好的吸附于脱硝催化剂表面活性位点上,提高催化活性。专利CN202010680304.2制备了以赤泥为主要原材料的低温SCR脱硝催化剂,该脱硝催化剂所需的反应温度较低,具有良好的低温催化活性。专利CN202111529860.0通过在TiO
现有脱硝脱VOCs催化剂专利中,专利CN202111049719.0以纳米二氧化钛为催化剂载体,氧化钴氧化锰氧化铜为活性物质,采用分步沉淀法制备脱硝脱二噁英脱VOCs一体化催化剂。专利CN202211448628.9通过利用湿法同时/协同处理NO
因此同时脱硝脱VOCs催化剂的设计应首先采用合理手段构筑特殊形貌催化剂,实现复杂烟气工况下的多种污染物的协同高效脱除目标,降低投入成本以及运行成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有工业烟气脱硝、脱VOCs工艺及催化剂研究现状与存在的问题,而提出了一种具有纳米花状结构的同时脱硝脱VOCs稀土基催化剂,本发明的另一目的是提供上述纳米花状稀土基催化剂的制备方法。
一种纳米花状同时脱硝脱VOCs稀土基催化剂及其制备方法,该催化剂以铈、镨复合氧化物为主活性组分,钌、钼复合氧化物为助活性组分,以玉米秸秆为原料,采用水热法合成纳米碳基材料,通过粘结剂实现活性组分与碳基材料结合,最后经焙烧得到纳米花状稀土基催化剂。
本发明技术方案中:活性组分中氧化铈:氧化镨:氧化钌:氧化钼质量比为10:(3~5):(0.1~0.5):(0.1~0.2)。
一种上述的纳米花状同时脱硝脱VOCs稀土基催化剂的制备方法,其催化剂的制备方法如下:
(1)纳米碳基材料制备
将玉米秸秆捣碎,加入去离子水转移至高压釜中进行水热反应,反应结束自然冷却,随后过滤出残渣得到滤液,将滤液真空恒温干燥得到纳米碳基材料。
(2)活性组分前驱体溶液配制
称取铈盐、镨盐、钌盐、钼盐,加入去离子水后搅拌得到活性组分前驱体溶液。
(3)稀土基催化剂成型
将粘结剂与步骤(1)制得的纳米碳基材料加入到步骤(2)得到的活性组分前驱体溶液中混合搅拌,置于马弗炉中在空气气氛中煅烧得到纳米花状稀土基催化剂。
上述制备方法中:步骤(1)中所述的玉米秸秆与去离子水的质量比为1:(5~10)。
上述制备方法中:步骤(1)中所述的水热反应温度为180~200℃,反应时间为8~12h。
上述制备方法中:步骤(1)中所述的真空恒温干燥温度为60~80℃,干燥时间为6~8h。
上述制备方法中:步骤(2)中所述的铈盐为六水合硝酸铈或七水合氯化铈;镨盐为六水合硝酸镨或无水氯化镨;钌盐为硝酸钌;钼盐为钼酸铵。
上述制备方法中:步骤(2)中所述的铈盐、镨盐、钌盐、钼盐总和质量与去离子水的质量比为1:(2~8)。
上述制备方法中:步骤(3)中所述的粘结剂为马铃薯淀粉或玉米淀粉的一种。
上述制备方法中:步骤(3)中所述的活性组分前驱体溶液:纳米碳基材料:粘结剂的质量比为:5~10:2.5~6.4:0.05~0.5。
上述制备方法中:步骤(3)中所述的煅烧温度为400~600℃,反应时间为4~6h。
本发明技术方案中,上述的纳米花状同时脱硝脱VOCs稀土基催化剂在工业烟气净化领域的应用。
本发明的催化剂活性评价实验条件及结果:取40~60目的催化剂0.5mL,倒入内径为8mm的石英管中,用石英棉和铁丝网固定,将石英管放在管式炉中,通过控制管式炉的加热温度调节催化反应的实际温度。采用甲苯作为VOCs代表物质,用实验室配气来模拟烟气,进气组分:NO(500ppm),NH
本发明的有益效果:
鉴于工业烟气多污染物(NO
主要依据是:
玉米秸秆作为合成纳米碳基材料的原材料,可为秸秆资源综合利用提供一种潜在途径,有利于提高农作物桔秆综合利用率;铈(Ce)等稀土元素具有独特的4f电子层结构,其氧化物复合使用时,具有明显的协同作用,作为主活性组分能够极大地提升催化剂低温催化性能;助催化活性组分钌(Ru)复合氧化物能够在含有H
附图说明
图1为实施例1所制备的催化剂的扫描电子显微镜图片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但本发明的保护范围不限于此:实施例1
一、稀土基催化剂制备
(1)纳米碳基材料制备
取30.00g玉米秸秆捣碎,加入150.00g去离子水转移至高压釜中,180℃水热反应12h,反应结束自然冷却,随后过滤出残渣得到滤液,将滤液60℃真空恒温干燥8h得到纳米碳基材料。
(2)活性组分前驱体溶液配制
称取25.23g六水合硝酸铈、13.19g六水合硝酸镨、1.19g硝酸钌、0.33g钼酸铵,加入79.88g去离子水后搅拌得到活性组分前驱体溶液。催化剂中氧化铈:氧化镨:氧化钌:氧化钼质量比为10:5:0.5:0.2。
(3)稀土基催化剂成型
取0.10g马铃薯淀粉与5.0g步骤(1)制得的纳米碳基材料加入到10.00g步骤(2)得到的活性组分前驱体溶液中混合搅拌,随后置于马弗炉中在空气气氛中600℃煅烧4h得到纳米花状稀土基催化剂。
二、活性测试结果
取40~60目的催化剂0.5mL,倒入内径为8mm的石英管中,用石英棉和铁丝网固定,将石英管放在管式炉中,通过控制管式炉的加热温度调节催化反应的实际温度。采用甲苯作为VOCs代表物质,用实验室配气来模拟烟气,进气组分:NO(500ppm),NH
实施例2
一、稀土基催化剂制备
(1)纳米碳基材料制备
取20.00g玉米秸秆捣碎,加入200.00g去离子水转移至高压釜中,200℃水热反应8h,反应结束自然冷却,随后过滤出残渣得到滤液,将滤液80℃真空恒温干燥6h得到纳米碳基材料。
(2)活性组分前驱体溶液配制
称取25.23g六水合硝酸铈、7.91g六水合硝酸镨、0.24g硝酸钌、0.16g钼酸铵,加入167.72g去离子水后搅拌得到活性组分前驱体溶液。催化剂中氧化铈:氧化镨:氧化钌:氧化钼质量比为10:3:0.1:0.1。
(3)稀土基催化剂成型
取0.50g马铃薯淀粉与6.40g步骤(1)制得的纳米碳基材料加入到10.00g步骤(2)得到的活性组分前驱体溶液中混合搅拌,随后置于马弗炉中在空气气氛中400℃煅烧6h得到纳米花状稀土基催化剂。
二、活性测试结果
取40~60目的催化剂0.5mL,倒入内径为8mm的石英管中,用石英棉和铁丝网固定,将石英管放在管式炉中,通过控制管式炉的加热温度调节催化反应的实际温度。采用甲苯作为VOCs代表物质,用实验室配气来模拟烟气,进气组分:NO(500ppm),NH
实施例3
(1)纳米碳基材料制备
取16.00g玉米秸秆捣碎,加入96.00g去离子水转移至高压釜中,180℃水热反应10h,反应结束自然冷却,随后过滤出残渣得到滤液,将滤液60℃真空恒温干燥6h得到纳米碳基材料。
(2)活性组分前驱体溶液配制
称取21.65g七水合氯化铈、6.00g无水氯化镨、0.95g硝酸钌、0.25g钼盐,加入230.80g去离子水后搅拌得到活性组分前驱体溶液。催化剂中氧化铈:氧化镨:氧化钌:氧化钼质量比为10:4:0.4:0.15。
(3)稀土基催化剂成型
取0.25g玉米淀粉与3.00g步骤(1)制得的纳米碳基材料加入到8.00g步骤(2)得到的活性组分前驱体溶液中混合搅拌,随后置于马弗炉中在空气气氛中500℃煅烧5h得到纳米花状稀土基催化剂。
二、活性测试结果
取40~60目的催化剂0.5mL,倒入内径为8mm的石英管中,用石英棉和铁丝网固定,将石英管放在管式炉中,通过控制管式炉的加热温度调节催化反应的实际温度。采用甲苯作为VOCs代表物质,用实验室配气来模拟烟气,进气组分:NO(500ppm),NH
对比例1
一、稀土基催化剂制备
催化剂制备过程中不加入助活性组分前体物钌盐、钼盐,其他同实施例1。
二、活性测试结果
取40~60目的催化剂0.5mL,倒入内径为8mm的石英管中,用石英棉和铁丝网固定,将石英管放在管式炉中,通过控制管式炉的加热温度调节催化反应的实际温度。采用甲苯作为VOCs代表物质,用实验室配气来模拟烟气,进气组分:NO(500ppm),NH
对比例2
一、稀土基催化剂制备
催化剂制备过程不使用纳米碳基材料,其他同实施例2。
二、活性测试结果
取40~60目的催化剂0.5mL,倒入内径为8mm的石英管中,用石英棉和铁丝网固定,将石英管放在管式炉中,通过控制管式炉的加热温度调节催化反应的实际温度。采用甲苯作为VOCs代表物质,用实验室配气来模拟烟气,进气组分:NO(500ppm),NH
对比例3
一、稀土基催化剂制备
催化剂成型时不加入淀粉粘结剂,其他同实施例3。
二、活性测试结果
取40~60目的催化剂0.5mL,倒入内径为8mm的石英管中,用石英棉和铁丝网固定,将石英管放在管式炉中,通过控制管式炉的加热温度调节催化反应的实际温度。采用甲苯作为VOCs代表物质,用实验室配气来模拟烟气,进气组分:NO(500ppm),NH
性能检测:
表1为实施例1-3和对比例1-3所制备的催化剂NO脱除率
表2为实施例1-3和对比例1-3所制备的催化剂甲苯脱除率
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