一种纳米花状同时脱硝脱VOCs稀土基催化剂及其制备方法

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