一种脱硝脱汞催化剂及其制备方法

摘要

本发明提供一种脱硝脱汞催化剂及其制备方法。脱硝脱汞催化剂包括活性物质、载体、助剂、粘结剂和辅助成分；其中活性物质为K2TaF7和NiO，载体为TiO2或Al2O3，助剂为RxOy，粘结剂为环氧树脂，辅助成分为活性碳纤维，其中R为Fe、Zr、Cu、W、Mo中的一种或几种。所述催化剂具有较高的汞吸附和氧化催化能力，良好的脱硝活性；稳定性好，机械加工性能优异，加工成型后具有较高的强度和耐磨性能；能够满足燃煤烟气脱硝除汞的要求。

权利要求

1.一种脱硝脱汞催化剂，包括活性物质、载体、助剂、粘结剂和辅助成分；其中活性物质为氟钽酸钾和NiO，载体为TiO2或Al2O3，助剂为RxOy，粘结剂为环氧树脂，辅助成分为活性碳纤维，其中R为Fe、Zr、Cu、W、Mo中的一种或几种，活性物质的含量为4～15wt％，载体的含量为78～90wt％，助剂的含量为0％～3wt％，粘结剂的含量为0.1～1wt％，活性碳纤维的含量为1～4wt％；制备步骤如下：步骤一：将K2TaF7溶解于45～50℃的水中，充分溶解后，将其加入到78～90wt％的载体中，混匀得到混合物；

步骤二：将NiO溶解于10～20g氨水中，充分溶解后，将其加入到步骤一得到的混合物中，混匀；

步骤三：将0％～3wt％的RxOy加入到步骤二的体系中，混匀；

步骤四：将1～4wt％的活性碳纤维制成粉末后，加入到步骤三所制备的混合体系中；

步骤五：在步骤四的体系中加入0.1～1wt％的环氧树脂粘合剂，搅拌，使其均匀的分散在整个混合体系中，置于室温下陈化24～48h得到陈化后的混合料；将陈化后的混合料采用涂敷方法，将其均匀涂敷于空隙大小均匀的钢网上，得到板式的初级样品；置于马弗炉中，在500～600℃热处理2～3h，即可得到K2TaF7-NiO-RxOy/TiO2或K2TaF7-NiO-RxOy/Al2O3一体化的脱硝脱汞催化剂。

2.根据权利要求1所述的一种脱硝脱汞催化剂，其特征在于，活性物质K2TaF7与NiO的质量比为(1～2)：1。

3.根据权利要求2所述的一种脱硝脱汞催化剂，其特征在于，活性物质的含量为9～

15wt％，载体的含量为80～85wt％，助剂的含量为1～2wt％，粘结剂的含量为0.5～

1wt％，活性碳纤维的含量为2～3wt％。

说明书

一种脱硝脱汞催化剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种催化剂，尤其涉及一种脱硝脱汞催化剂及其制备方法，属于大气污染控制领域。

背景技术

[0002] 随着我国工业的发展，能源供需量越来越大，目前主要通过煤炭燃烧获取能源，而在这一过程中释放的烟气里大量地存在氮氧化物和汞。由于其对人体和动植物的长远性危害，因此引起世界范围内的高度重视。

[0003] 我国于2011年7月颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中设定了燃煤锅炉烟气中氮氧化物和汞的排放标准。2013年10月，包括中国在内的92个国家和地区签署了《水俣公约》，它将于2016年生效，因此我国今后将在氮氧化物和汞的脱除方面面临空前巨大的压力。目前国内大多数燃煤锅炉已安装静电除尘装置、烟气脱硫装置，如果再加装单独的脱硝和脱汞控制设备，整体运行将产生相互干扰，使技术难度大幅度增加，在经济上也具有不可行性。因此，研究开发出一种高活性的脱硝脱汞催化剂成为了科研工作者急需解决的重大难题之一。

[0004] 近几年，虽然出现了一些关于一体化脱硝脱汞的SCR催化剂配方，但由于成型技术及一体脱除活性等方面的限制，阻碍其大范围的应用。于2012年10月3日公布的中国专利申请公布号CN102698753A公布一种用于汞氧化的催化剂、其制备方法及其用途，于2013年5月8日公布的中国专利申请公布号CN103084165A公布一种用于氧化燃煤烟气中零价汞的脱汞催化剂及其制备方法，所述催化剂虽然对汞具有较好的氧化效果，但脱硝效果不佳；于2011年10月19日公布的中国专利申请公布号CN102218266A公布一种催化氧化煤燃烟气中单质汞的方法，其中所述催化剂虽然脱硝催化活性高，但对汞的氧化效果不尽人意，限制了其大范围的应用。因此，利用现有SCR基础设施，制备出高活性的脱硝脱汞SCR催化剂来降低烟气中NOx和Hg的含量成为研究热点。

发明内容

[0005] 鉴于背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种脱硝脱汞催化剂及其制备方法，其可同时进行燃煤烟气中氮氧化物脱除和对单质汞的吸附和氧化。

[0006] 鉴于背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种脱硝脱汞催化剂及其制备方法，其稳定性好，机械加工性能优异，加工成型后具有较高的强度和耐磨性能；能够满足燃煤烟气脱硝除汞的要求。

[0007] 为了实现本发明的目的，在本发明的第一个方面，本发明提供一种脱硝脱汞催化剂，其包括活性物质、载体、助剂、粘结剂和辅助成分；其中活性物质为K2TaF7和NiO，载体为TiO2或Al2O3，助剂为RxOy，粘结剂为环氧树脂，辅助成分为活性碳纤维，其中R为Fe、Zr、Cu、W、Mo中的一种或几种。

[0008] 为了实现本发明的目的，在本发明的第二个方面，本发明提供一种脱硝脱汞催化剂的制备方法，其包括以下步骤：步骤一：将K2TaF7溶解于45～50℃的水中，充分溶解后，将其加入到78～90wt％的载体中，混匀得到混合物；步骤二：将NiO溶解于10～20g氨水中，充分溶解后，将其加入到步骤一得到的混合物中，混匀；步骤三：将0％～3wt％的RxOy加入到步骤二的体系中，混匀；步骤四：将1～4wt％的活性碳纤维制成粉末后，加入到步骤三所制备的混合体系中；步骤五：在步骤四的体系中加入0.1～1wt％的环氧树脂粘合剂，搅拌，使其均匀的分散在整个混合体系中，置于室温下陈化24～48h得到陈化后的混合料；将陈化后的混合料采用涂敷方法，将其均匀涂敷于空隙大小均匀的钢网上，得到板式的初级样品；置于马弗炉中，在500～600℃热处理2～3h，即可得到K2TaF7-NiO-RxOy/TiO2或K2TaF7-NiO-RxOy/Al2O3一体化的脱硝脱汞催化剂。

[0009] 通过以上技术方案，本发明的有益效果如下：

[0010] 用K2TaF7和NiO共同作为活性物，在300～400℃之间具有很高的脱硝活性和对单质气态Hg的氧化性能较高；

[0011] 以过渡金属的氧化物作为助剂，可以有效的提升脱硝脱汞效率；

[0012] 将活性碳纤维作为辅助成分，不仅提升了催化剂在后续加工过程中的机械性能，而且也增加了催化剂中孔隙的数量，提升了催化剂表面的吸附性能；

[0013] 所制备的催化剂泥料均匀的涂敷在不锈钢金属筛网上，通过高温活化处理后形成板式的催化剂，具有耐磨性能好，不容易堵灰。

具体实施方式

[0014] 下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。

[0015] 下面说明根据本发明的脱硝脱汞催化剂及其制备方法以及实施例。

[0016] 首先说明根据本发明的第一方面的脱硝脱汞催化剂。

[0017] 根据本发明的第一方面的脱硝脱汞催化剂，包括活性物质、载体、助剂、粘结剂和辅助成分；其中活性物质为K2TaF7和NiO，载体为TiO2或Al2O3，助剂为RxOy，粘结剂为环氧树脂，辅助成分为活性碳纤维，其中R为Fe、Zr、Cu、W、Mo中的一种或几种。

[0018] 在根据本发明的第一方面的脱硝脱汞催化剂中，活性物质的含量为4～15wt％，载体的含量为78～90wt％，助剂的含量为0％～3wt％，粘结剂的含量为0.1～1wt％，活性碳纤维的含量为1～4wt％。

[0019] 在根据本发明的第一方面的脱硝脱汞催化剂中，其中活性物质的主要成份K2TaF7与NiO的质量比为(1～2)：1。

[0020] 在根据本发明的第一方面的脱硝脱汞催化剂中，优选地，

[0021] 活性物质的含量为9～15wt％，载体的含量为80～85wt％，助剂的含量为1～2wt％，粘结剂的含量为0.5～1wt％，活性碳纤维的含量为2～3wt％。

[0022] 根据本发明的第二方面的脱硝脱汞催化剂的制备方法，其用于制备本发明第一方面所述的脱硝脱汞催化剂，其包括以下步骤：步骤一：将K2TaF7溶解于45～50℃的水中，充分溶解后，将其加入到78～90wt％的载体中，混匀得到混合物；步骤二：将NiO溶解于10～20g氨水中，充分溶解后，将其加入到步骤一得到的混合物中，混匀；步骤三：将0％～3wt％的RxOy加入到步骤二的体系中，混匀；步骤四：将1～4wt％的活性碳纤维制成粉末后，加入到步骤三所制备的混合体系中；步骤五：在步骤四的体系中加入0.1～1wt％的环氧树脂粘合剂，搅拌，使其均匀的分散在整个混合体系中，置于室温下陈化24～48h得到陈化后的混合料；将陈化后的混合料采用涂敷方法，将其均匀涂敷于空隙大小均匀的钢网上，得到板式的初级样品；置于马弗炉中，在500～600℃热处理2～3h，即可得到K2TaF7-NiO-RxOy/TiO2或K2TaF7-NiO-RxOy/Al2O3一体化的脱硝脱汞催化剂。

[0023] 在根据本发明的第一方面的脱硝脱汞催化剂的制备方法中，载体为TiO2或Al2O3，R为Fe、Zr、Cu、W、Mo中的一种或几种。

[0024] 在根据本发明的第一方面的脱硝脱汞催化剂的制备方法中，氟钽酸钾和NiO的总量为4～15wt％，K2TaF7与NiO的质量比为(1～2):1。

[0025] 实施例1

[0026] 步骤一：将6gK2TaF7溶解于50℃20g的水中，充分溶解后，将其加入至88gTiO2载体中，混匀得到混合物；

[0027] 步骤二：将4gNiO溶解于10g氨水中，充分溶解后，将其加入到步骤一得到的混合物中，混匀；

[0028] 步骤三：将1g粉碎后的活性碳纤维加入步骤二制备的混合体系中，混匀；

[0029] 步骤四：将1g环氧树脂粘合剂加入步骤三的体系中，搅拌使其均匀的分散在整个体系中；置于室温下陈化24h得到陈化后的混合料；将陈化后的混合料采用涂敷方法，将其均匀涂敷于空隙大小均匀的钢网上，得到板式的初级样品；将初级样品置于马弗炉中，在500℃热处理2h左右，即可得到催化剂K2TaF7-NiO/TiO2。

[0030] 实施例2

[0031] 步骤一：将6gK2TaF7溶解在50℃20g的水中，充分溶解后将其加入到87gTiO2载体中，混匀得到混合物；

[0032] 步骤二：将3gNiO溶解于10g氨水中，充分溶解后，将其加入到步骤一得到的混合物中，混匀；

[0033] 步骤三：将1gCuO粉末加入到步骤二的体系中，混匀；

[0034] 步骤四：将2g粉碎后的活性碳纤维加入到步骤三所制备的体系中，混匀；

[0035] 步骤五：在步骤四的体系中加入1g环氧树脂粘合剂，搅拌，使其均匀的分散在整个混合体系中；置于室温下陈化24h得到陈化的混合料；将陈化后的混合料采用涂敷方法，将其均匀的涂敷于孔隙大小均匀的钢网上，得到板式的初级样品；将初级样品置于马弗炉中，在500℃下热处理2h，即可得到K2TaF7-NiO-CuO/TiO2一体化的脱硝脱汞催化剂。

[0036] 实施例3

[0037] 步骤一：将10gK2TaF7溶解在50℃20g的水中，充分溶解后将其加入到78gTiO2载体中，混匀得到混合物；

[0038] 步骤二：将5gNiO溶解在15g氨水中，充分溶解后，将其加入到步骤一得到的混合物中，混匀；

[0039] 步骤三：将2gCuO粉末加入到步骤二的体系中，混匀；

[0040] 步骤四：将4g粉碎后的活性碳纤维加入到步骤三所制备的体系中，混匀；

[0041] 步骤五：在步骤四的体系中加入1g环氧树脂粘合剂，搅拌，使其均匀的分散在整个混合体系中；置于室温下陈化24h得到陈化的混合料；将陈化后的混合料采用涂敷方法，将其均匀的涂敷于孔隙大小均匀的钢网上，得到板式的初级样品；将初级样品置于马弗炉中，在500℃下热处理2.5h，即可得到K2TaF7-NiO-CuO/TiO2一体化的脱硝脱汞催化剂。

[0042] 实施例4

[0043] 步骤一：将6gK2TaF7溶解在45℃20g的水中，充分溶解后将其加入到86gTiO2载体中，混匀得到混合物；

[0044] 步骤二：将3gNiO溶解在10g氨水中，充分溶解后，将其加入到步骤一得到的混合物中，混匀；

[0045] 步骤三：将3gCuO粉末加入到步骤二的体系中，混匀；

[0046] 步骤四：将1g粉碎后的活性碳纤维加入到步骤三所制备的体系中，混匀；

[0047] 步骤五：在步骤四的体系中加入1g环氧树脂粘合剂，搅拌，使其均匀的分散在整个混合体系中；置于室温下陈化36h得到陈化的混合料；将陈化后的混合料采用涂敷方法，将其均匀的涂敷于孔隙大小均匀的钢网上，得到板式的初级样品；将初级样品置于马弗炉中，在500℃下热处理3h，即可得到K2TaF7-NiO-CuO/TiO2一体化的脱硝脱汞催化剂。

[0048] 实施例5

[0049] 步骤一：将6gK2TaF7溶解在50℃20g的水中，充分溶解后将其加入到86gTiO2载体中，混匀得到混合物；

[0050] 步骤二：将3gNiO溶解在10g氨水中，充分溶解后，将其加入到步骤一得到的混合物中，混匀；

[0051] 步骤三：将2.72g钼酸铵(相当于2gMoO3)溶解在20g水中，然后加入到步骤二的体系中，混匀；

[0052] 步骤四：将2.9g粉碎后的活性碳纤维加入到步骤三所制备的体系中，混匀；

[0053] 步骤五：在步骤四的体系中加入0.1g环氧树脂粘合剂，搅拌，使其均匀的分散在整个混合体系中；置于室温下陈化48h得到陈化的混合料；将陈化后的混合料采用涂敷方法，将其均匀的涂敷于孔隙大小均匀的钢网上，得到板式的初级样品；将初级样品置于马弗炉中，在550℃下热处理2h，即可得到K2TaF7-NiO-MoO3/TiO2一体化的脱硝脱汞催化剂。

[0054] 实施例6

[0055] 步骤一：将6gK2TaF7溶解在45℃20g的水中，充分溶解后将其加入到85.5gTiO2载体中，混匀得到混合物；

[0056] 步骤二：将3gNiO溶解在20g氨水中，充分溶解后，将其加入到步骤一得到的混合物中，混匀；

[0057] 步骤三：将2gFe3O4粉末加入到步骤二的体系中，混匀；

[0058] 步骤四：将3g粉碎后的活性碳纤维加入到步骤三所制备的体系中，混匀；

[0059] 步骤五：在步骤四的体系中加入0.5g环氧树脂粘合剂，搅拌，使其均匀的分散在整个混合体系中；置于室温下陈化36h得到陈化的混合料；将陈化后的混合料采用涂敷方法，将其均匀的涂敷于孔隙大小均匀的钢网上，得到板式的初级样品；将初级样品置于马弗炉中，在600℃下热处理2h，即可得到K2TaF7-NiO-Fe3O4/Al2O3一体化的脱硝脱汞催化剂。

[0060] 实施例7

[0061] 步骤一：将2gK2TaF7溶解在50℃20g的水中，充分溶解后将其加入到90gAl2O3载体中，混匀得到混合物；

[0062] 步骤二：将2gNiO溶解在10g的氨水中，充分溶解后，将其加入到步骤一得到的混合物中，混匀；

[0063] 步骤三：将1gCuO粉末加入到步骤二的体系中，混匀；。

[0064] 步骤四：将4g粉碎后的活性碳纤维加入到步骤三所制备的体系中，混匀；

[0065] 步骤五：在步骤四的体系中加入1g环氧树脂粘合剂，搅拌，使其均匀的分散在整个混合体系中；置于室温下陈化24h得到陈化的混合料；将陈化后的混合料采用涂敷方法，将其均匀的涂敷于孔隙大小均匀的钢网上，得到板式的初级样品；将初级样品置于马弗炉中，在500℃下热处理3h，即可得到K2TaF7-NiO-CuO/Al2O3一体化的脱硝脱汞催化剂。

[0066] 将实施例1～7中合成的催化剂在300～400℃之间检测其脱硝活性和对模拟气体中单质汞的氧化能力。

[0067] 配置组分及浓度如下的模拟烟气：

[0068] CNOx＝CNH3＝0.045％、CHg＝40μg/L、CO2≈4.8％、CH2O≈6.0％、CSO2≈0.05％、-1CCO2≈12％、CHCl≈0.002％，N2作为平衡气，空速GHSV20000h 。此模拟烟气未包含烟尘，其他组分与实际烟气组成基本一致。

[0069] 利用以上模拟烟气在300℃、350℃、400℃下测定Hg0的氧化率、NOx的脱除率，结果见表1与表2。

[0070] 表1各温度下Hg0的氧化转化率(％)

[0071]

[0072] 从表1可见，采用本发明中实施例1～7的催化剂，在300℃时Hg0即有80％以上的氧化转化率，并随着反应温度的升高，其转化率进一步提高，在350℃以上时转化率为90％左右。

[0073] 表2各温度下NOx的脱除率(％)

[0074]