阅读说明：本技术 一种Mn2O3-SMS低温脱硝催化剂及其制备方法 (Mn2O3-SMS low-temperature denitration catalyst and preparation method thereof ) 是由 李丽绒 薛达 杨彦群 王浩 张超 李昂 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明属于煤化工催化剂制备技术领域,具体涉及一种Mn<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>-SMS低温脱硝催化剂及其制备方法；所述Mn<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>/SMS低温脱硝催化剂材料由上表层纺粘材料、中间层熔喷材料、下表层纺粘材料以及附着和镶嵌在各层材料间的活性组分Mn<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>构成,其中,Mn<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>质量百分比含量为20-80；方法为,将活性组分Mn<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>粉末与聚丙烯腈PAN粉末混合,依次经过纺粘、熔喷、纺粘三次纺丝并经针刺加固复合处理合成Mn<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>/SMS复合材料,最后在75-105℃下干燥即得到Mn<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>/SMS低温脱硝催化剂；本发明制备方法简单、实施成本低、易于工业化应用,可以满足市场的大量需求,同时由于采用多层复合结构的聚合物纤维作为载体,其内部结构具有柔韧性高、孔隙丰富,可提高催化剂的催化能力和反应效率。(The invention belongs to the technical field of preparation of coal chemical industry catalysts, and particularly relates to Mn 2 O 3 -SMS low temperature denitration catalyst and method of preparation thereof; the Mn is 2 O 3 the/SMS low-temperature denitration catalyst material comprises an upper surface layer spun-bonded material, a middle layer melt-blown material, a lower surface layer spun-bonded material and an active component Mn attached and embedded among the materials of the layers 2 O 3 In which Mn is 2 O 3 The mass percentage content is 20-80; the method comprises the steps of mixing an active component Mn 2 O 3 Mixing the powder with polyacrylonitrile PAN powder, and sequentially passing throughThrough spinning of spun bond, melt-blown spinning and spun bond for three times, and synthesizing Mn through needling reinforcement composite treatment 2 O 3 Drying the composite material at 75-105 deg.C to obtain Mn 2 O 3 SMS low temperature denitration catalyst; the preparation method is simple, low in implementation cost and easy for industrial application, can meet a large number of market demands, and simultaneously has high flexibility and rich pores in the internal structure due to the adoption of the polymer fiber with the multilayer composite structure as the carrier, so that the catalytic capability and the reaction efficiency of the catalyst can be improved.)

一种Mn2O3-SMS低温脱硝催化剂及其制备方法

技术领域

本发明属于煤化工催化剂制备技术领域，具体涉及一种Mn₂O₃-SMS低温脱硝催化剂及其制备方法。

背景技术

作为全球最大的煤炭消费国，中国在2017年世界煤炭消费中占比超过50%。中国能源结构现状与特点是“富煤、贫油、少气”，以煤为主的能源结构在未来几十年内仍不会改变。然而在煤燃烧后的废气中，NO_x的存在不仅腐蚀设备和管道，导致后续变换、重整、以及合成工艺过程的催化剂中毒，排放到大气后还会严重污染环境。因此，NO_x的高效脱除是实现煤炭清洁高效转化的重要前提。

现有的低温脱硝催化剂面临的主要问题是硫酸铵或硫酸氢铵中毒失活，脱硝率显著下降。因硫酸铵或硫酸氢铵中毒导致催化剂失活是因为在低温下，烟气中的NH₃、H₂O、SO₂吸附在催化剂表面很容易形成硫酸铵或硫酸氢铵，而烟气的温度过低，未达到硫酸铵或硫酸氢铵在催化剂孔道内的分解温度，在催化剂运行不久后，催化剂表面会累积很多硫酸铵或硫酸氢铵，从而使催化剂的脱硝率急剧下降，导致催化剂失活。

发明内容

本发明为解决现有的低温脱硝催化剂易发生硫酸铵或硫酸氢铵中毒导致催化剂失活的技术问题，提供一种Mn₂O₃-SMS低温脱硝催化剂及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种Mn₂O₃-SMS低温脱硝催化剂，所述Mn₂O₃/SMS低温脱硝催化剂材料由上表层纺粘材料、中间层熔喷材料、下表层纺粘材料以及附着和镶嵌在各层材料间的活性组分Mn₂O₃构成，其中，Mn₂O₃质量百分比含量为20-80%。

进一步的，上述上、下表层纺粘材料的纤维直径为1-100μm、面密度为5-500 g/m²、中间层熔喷材料的纤维直径为0.3-20μm、面密度为5-200 g/m²。

一种制备上述的Mn₂O₃-SMS低温脱硝催化剂的方法为，将活性组分Mn₂O₃粉末与聚丙烯腈PAN粉末混合，依次经过纺粘、熔喷、纺粘三次纺丝并经针刺加固复合处理合成Mn₂O₃/SMS复合材料，最后在75-105℃下干燥即得到Mn₂O₃/SMS低温脱硝催化剂。

进一步的，上述Mn2O3粉末与聚丙烯腈PAN粉末混合的质量比为4：1-1：4。

上述制备方法中，纺粘的具体工艺步骤对混合物粉末采用纺粘纺丝装置并利用本领域通用的方法制备Mn2O3/SMS低温脱硝催化剂的上、下层纺粘纺丝材料，在此不做过多说明。

上述制备方法中，熔喷的具体工艺步骤为对混合物粉末采用熔喷纺丝装置并利用本领域通用的方法制备Mn2O3/SMS低温脱硝催化剂的上、下层纺粘纺丝材料，在此不做过多说明。

进一步的，熔喷纺丝过程工艺参数为：物料温度120-220℃、侧吹风温度15-25℃、接收距离7-30cm；两次纺粘纺丝过程工艺参数为：熔体温度150-230℃、侧吹风温度15-25℃、接收距离5-28cm。

进一步的，针刺加固采用普通刺针和单针板下刺穿刺方式加工纤网，以垂直针刺方式刺入纤网，针刺深度6-18mm，针刺密度4000-12000刺/cm²。

进一步的，所述纺粘材料为PAN，PVDF和PVA中的一种。

进一步的，所述熔喷材料为PAN，PVDF和PVA中的一种。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

（1）本发明中催化剂采用多层聚合物复合材料SMS为载体，在为活性组分提供支架作用的同时，SMS复合材料丰富的孔隙结构可以促进催化反应的进行。另外，SMS具备优良的力学性能和柔韧性，具备多层次、多级限域孔隙的柔性结构，能够优化织构、限制活性组分移动进而减少其聚集，充分发挥材料的纳米效应，实现气固反应速率和传质效率的强化，提高单位催化剂的催化效率。

（2）本发明中催化剂制备方法工艺路线简单、实施成本低、工业化推广容易，可以满足市场的大量需求。

（3）采用本发明方法制备催化剂，还可以提高化学反应效率，极大地缩短反应所需时间，降低催化剂制备的时间成本。经测试，通过本发明中方法制备的Mn₂O₃/SMS催化剂，其脱硝催化效率维持在99.8%以上。

附图说明

图1为本发明中所使用的纺粘-熔喷-纺粘装置。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种Mn₂O₃-SMS低温脱硝催化剂，所述Mn₂O₃/SMS低温脱硝催化剂材料由上表层纺粘材料、中间层熔喷材料、下表层纺粘材料以及附着和镶嵌在各层材料间的活性组分Mn₂O₃构成，其中，Mn₂O₃质量百分比含量为20%。上、下表层纺粘材料的纤维直径为100μm、面密度为5 g/m²、中间层熔喷材料的纤维直径为20μm、面密度为5 g/m²。

一种制备上述的Mn₂O₃-SMS低温脱硝催化剂的方法为，将活性组分Mn₂O₃粉末与聚丙烯腈PAN粉末按照质量比4：1混合，依次经过纺粘、熔喷、纺粘三次纺丝并经针刺加固复合处理合成Mn₂O₃/SMS复合材料，最后在75℃下干燥即得到Mn₂O₃/SMS低温脱硝催化剂。

进一步的，熔喷纺丝过程工艺参数为：物料温度220℃、侧吹风温度15℃、接收距离30cm；两次纺粘纺丝过程工艺参数为：熔体温度150℃、侧吹风温度25℃、接收距离28cm。

进一步的，针刺加固采用普通刺针和单针板下刺穿刺方式加工纤网，以垂直针刺方式刺入纤网，针刺深度6mm，针刺密度4000刺/cm²。

经活性测试得NO的转化率为86.8%。

实施例2

一种Mn₂O₃-SMS低温脱硝催化剂，所述Mn₂O₃/SMS低温脱硝催化剂材料由上表层纺粘材料、中间层熔喷材料、下表层纺粘材料以及附着和镶嵌在各层材料间的活性组分Mn₂O₃构成，其中，Mn₂O₃质量百分比含量为80%。上、下表层纺粘材料的纤维直径为1μm、面密度为500 g/m²、中间层熔喷材料的纤维直径为0.3μm、面密度为200 g/m²。

一种制备上述的Mn₂O₃-SMS低温脱硝催化剂的方法为，将活性组分Mn₂O₃粉末与聚丙烯腈PAN粉末按照质量比为13：7混合，依次经过纺粘、熔喷、纺粘三次纺丝并经针刺加固复合处理合成Mn₂O₃/SMS复合材料，最后在105℃下干燥即得到Mn₂O₃/SMS低温脱硝催化剂。

进一步的，熔喷纺丝过程工艺参数为：物料温度120℃、侧吹风温度25℃、接收距离7cm；两次纺粘纺丝过程工艺参数为：熔体温度230℃、侧吹风温度15℃、接收距离5cm；

进一步的，针刺加固采用普通刺针和单针板下刺穿刺方式加工纤网，以垂直针刺方式刺入纤网，针刺深度18mm，针刺密度12000刺/cm²。

经活性测试得NO的转化率为89.6%。

实施例3

一种Mn₂O₃-SMS低温脱硝催化剂，所述Mn₂O₃/SMS低温脱硝催化剂材料由上表层纺粘材料、中间层熔喷材料、下表层纺粘材料以及附着和镶嵌在各层材料间的活性组分Mn₂O₃构成，其中，Mn₂O₃质量百分比含量为60%。上、下表层纺粘材料的纤维直径为50μm、面密度为300 g/m²、中间层熔喷材料的纤维直径为16μm、面密度为250 g/m²。

一种制备上述的Mn₂O₃-SMS低温脱硝催化剂的方法为，将活性组分Mn₂O₃粉末与聚丙烯腈PAN粉末按照质量比为1：1混合，依次经过纺粘、熔喷、纺粘三次纺丝并经针刺加固复合处理合成Mn₂O₃/SMS复合材料，最后在90℃下干燥即得到Mn₂O₃/SMS低温脱硝催化剂。

进一步的，熔喷纺丝过程工艺参数为：物料温度150℃、侧吹风温度20℃、接收距离20cm；两次纺粘纺丝过程工艺参数为：熔体温度200℃、侧吹风温度20℃、接收距离18cm；

进一步的，针刺加固采用普通刺针和单针板下刺穿刺方式加工纤网，以垂直针刺方式刺入纤网，针刺深度12mm，针刺密度6000刺/cm²。

经活性测试方法得NO的转化率为91.2%。

实施例4

一种Mn₂O₃-SMS低温脱硝催化剂，所述Mn₂O₃/SMS低温脱硝催化剂材料由上表层纺粘材料、中间层熔喷材料、下表层纺粘材料以及附着和镶嵌在各层材料间的活性组分Mn₂O₃构成，其中，Mn₂O₃质量百分比含量为70%。上、下表层纺粘材料的纤维直径为20μm、面密度为100 g/m²、中间层熔喷材料的纤维直径为5μm、面密度为100 g/m²。

一种制备上述的Mn₂O₃-SMS低温脱硝催化剂的方法为，将活性组分Mn₂O₃粉末与聚丙烯腈PAN粉末按照质量比为7：13混合，依次经过纺粘、熔喷、纺粘三次纺丝并经针刺加固复合处理合成Mn₂O₃/SMS复合材料，最后在75-105℃下干燥即得到Mn₂O₃/SMS低温脱硝催化剂。

进一步的，熔喷纺丝过程工艺参数为：物料温度180℃、侧吹风温度18℃、接收距离15cm；两次纺粘纺丝过程工艺参数为：熔体温度180℃、侧吹风温度18℃、接收距离18cm；

进一步的，针刺加固采用普通刺针和单针板下刺穿刺方式加工纤网，以垂直针刺方式刺入纤网，针刺深度10mm，针刺密度8000刺/cm²。

经活性测试方法得NO的转化率为90.8%。

实施例5

一种Mn₂O₃-SMS低温脱硝催化剂，所述Mn₂O₃/SMS低温脱硝催化剂材料由上表层纺粘材料、中间层熔喷材料、下表层纺粘材料以及附着和镶嵌在各层材料间的活性组分Mn₂O₃构成，其中，Mn₂O₃质量百分比含量为30%。上、下表层纺粘材料的纤维直径为90μm、面密度为450g/m²、中间层熔喷材料的纤维直径为18μm、面密度为180 g/m²。

一种制备上述的Mn₂O₃-SMS低温脱硝催化剂的方法为，将活性组分Mn₂O₃粉末与聚丙烯腈PAN粉末按照质量比为1：4混合，依次经过纺粘、熔喷、纺粘三次纺丝并经针刺加固复合处理合成Mn₂O₃/SMS复合材料，最后在100℃下干燥即得到Mn₂O₃/SMS低温脱硝催化剂。

进一步的，熔喷纺丝过程工艺参数为：物料温度190℃、侧吹风温度20℃、接收距离18cm；两次纺粘纺丝过程工艺参数为：熔体温度190℃、侧吹风温度16℃、接收距离25cm；

进一步的，针刺加固采用普通刺针和单针板下刺穿刺方式加工纤网，以垂直针刺方式刺入纤网，针刺深度12mm，针刺密度10000刺/cm²。

经活性测试方法得NO的转化率为88.9%。