一种催化电厂烟气脱氧的催化剂及其制备方法
本发明涉及采空区自燃防治材料领域，具体涉及一种催化电厂烟气脱氧的催化剂及其制备方法。
背景技术：
1、采空区遗煤自燃是煤炭开采面临的重大灾害之一，严重威胁矿井安全生产及矿工生命安全。基于气体具有良好的扩散性和无污染性，注惰气防灭火技术被广泛应用于采空区遗煤自燃防治和应急处理中。
2、截至目前，有关学者已经研究了多种用于降低混合气体中氧含量的方法，常用的脱氧技术主要分为物理脱氧法和化学脱氧法两种。物理脱氧法是采用深冷液化、变压吸附（psa）、变温吸附（tsa）和膜分离等方法来对氧气进行分离提纯，该方法具有生产便捷、投资少、能耗低等优势，广泛应用于h2、n2、o2、ch4、co、co2等气体分离或提纯体系。然而，采用物理方法对混合气体进行分离，需要预先对杂质组分进行净化处理，以确保气体分离地高效运行。与物理除氧法相比，化学除氧法具有多种优点，如操作简单、除氧选择性高等。目前，传统化学除氧法主要包括焦炭燃烧法、催化燃烧法和硫化钙（cas）型非金属还原法。因电厂烟气仅含有微量的可燃气体杂质，若采用燃烧法除氧，需向体系中引入大量可燃组分。该方法虽然能实现氧气的深度脱除，但由于出口气氛中含有大量的可燃物质因此会造成气体的二次污染。
3、因此，研发一款更合适的除氧技术，以实现电厂烟气的大流量深度脱氧，是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
1、本发明克服现有技术的不足，提供一种催化电厂烟气脱氧的催化剂，所述催化剂绿色、高效可实现电厂烟气的大流量深度脱氧，实现采空区防治煤自燃。
2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种催化电厂烟气脱氧的催化剂，包括氧化铜、铜基载体和助剂，其中铜基载体为ceo2，助剂为la2o3，所述cuo、ceo2和la2o3的摩尔比为15:34:1。
3、另外，本发明还提供上述催化电厂烟气脱氧的催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、（1）将cu(no3)2·6h2o、ce(no3)3·6h2o和la(no3)3·6h2o均溶于去离子水中形成混合溶液，然后在80℃剧烈搅拌下，将naoh水溶液滴加到混合溶液中，使其共沉淀，当ph≥10后停止滴加naoh水溶液，并得到黑色悬浮液，在80℃下持续搅拌陈化4h结束共沉淀；
5、（2）将步骤（1）得到的混合液进行离心，离心得到的共沉淀物用去离子水多次冲洗，直到离心上清液中无悬浮物后停止洗涤；
6、（3）将洗涤后的共沉淀物在鼓风干燥箱中干燥12h，然后在马弗炉中煅烧4h，自然冷却后得到cuo/ceo2-la2o3催化剂。
7、作为本发明技术方案的进一步限定，步骤（1）中naoh水溶液的滴加速度为2.5ml/min。
8、作为本发明技术方案的进一步限定，步骤（1）中naoh水溶液的浓度为0.3mol/l。
9、作为本发明技术方案的进一步限定，步骤（3）干燥温度为110℃；马沸炉的中的煅烧温度为600℃，升温速率为5℃/min。
10、另外，本发明还提供上述催化电厂烟气脱氧的催化剂的催化性能测试方法，包括如下步骤：将催化剂颗粒装到石英管中，并在两边塞用一定厚度的石英棉和陶瓷管将其固定在石英管中央，保证催化剂均匀铺在石英管中；以混合气10%h2、90%n2为还原气体，以模拟电厂烟气的混合气5%o2、15%co2、80%n2为氧化气体，调节气体流量使混合气体以50 ml/min的流速进入石英管反应器，相对应的空速为420 ml/g·h，实验过程主要分为还原阶段和氧化阶段，两个阶段中间用ar吹扫30min以消除h2和o2在高温下接触爆炸的风险，通过程序升温进行催化剂的催化性能评价，反应产物经气液冷凝器冷凝后，进入气相色谱仪进行在线分析，h2、o2、n2、co2由tdx-01和5a分子筛色谱柱串联流入热导检测器tcd检测，当气相色谱仪中检测到h2/o2出峰面积恢复原浓度面积时，停止实验；通过气相色谱仪的数据转化成排出尾气的h2、o2浓度，得到不同催化剂的还原氧化曲线。
11、与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
12、本发明使用共沉淀法在cuo/ceo2催化剂中添加助剂la2o3后，比表面积和晶格应变增加，cuo/ceo2-la2o3催化剂的颗粒尺寸明显变小，有利于加强铜与铈的相互作用、铜的分散度以及铜与铈氧化物之间的电子转移，促进氧空位的生成，从而提高了催化剂的催化性能和热稳定性。
13、采用本发明催化剂催化的电厂脱氧后的烟气注入矿井采空区，可有效抑制采空区遗煤自燃，基于煤岩对co2的大吸附容量和强吸附力，还可实现co2大量封存。
14、本发明工艺简单，均为放热反应，降低能耗，成本低，适合工业应用，且可循环利用对环境友好。
技术特征：
1.一种催化电厂烟气脱氧的催化剂，其特征在于，包括氧化铜、铜基载体和助剂，其中铜基载体为ceo2，助剂为la2o3，所述cuo、ceo2和la2o3的摩尔比为15:34:1。
2.根据权利要求1所述的一种催化电厂烟气脱氧的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种催化电厂烟气脱氧的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中naoh水溶液的滴加速度为2.5ml/min。
4.根据权利要求1所述的一种催化电厂烟气脱氧的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中naoh水溶液的浓度为0.3mol/l。
5.根据权利要求1所述的一种催化电厂烟气脱氧的催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）干燥温度为110℃；马沸炉的中的煅烧温度为600℃，升温速率为5℃/min。
6. 根据权利要求1所述的一种催化电厂烟气脱氧的催化剂的催化性能测试方法，其特征在于，包括如下步骤：将催化剂颗粒装到石英管中，并在两边塞用一定厚度的石英棉和陶瓷管将其固定在石英管中央，保证催化剂均匀铺在石英管中；以混合气10%h2、90%n2为还原气体，以模拟电厂烟气的混合气5%o2、15%co2、80%n2为氧化气体，调节气体流量使混合气体以50 ml/min的流速进入石英管反应器，相对应的空速为420 ml/g·h，实验过程主要分为还原阶段和氧化阶段，两个阶段中间用ar吹扫30min以消除h2和o2在高温下接触爆炸的风险，通过程序升温进行催化剂的催化性能评价，反应产物经气液冷凝器冷凝后，进入气相色谱仪进行在线分析，h2、o2、n2、co2由tdx-01和5a分子筛色谱柱串联流入热导检测器tcd检测，当气相色谱仪中检测到h2/o2出峰面积恢复原浓度面积时，停止实验；通过气相色谱仪的数据转化成排出尾气的h2、o2浓度，得到不同催化剂的还原氧化曲线。
技术总结
本发明涉及采空区自燃防治材料领域，具体涉及一种催化电厂烟气脱氧的催化剂及其制备方法；包括氧化铜、铜基载体和助剂，其中铜基载体为CeO<subgt;2</subgt;，助剂为La<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;，所述CuO、CeO<subgt;2</subgt;和La<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;的摩尔比为15:34:1；制备方法包括以下步骤：采用平行共沉淀法，将硝酸铜、硝酸化的铜基载体和助剂加碱调节PH后共沉淀，将得到的共沉淀物离心、干燥、煅烧，冷却后得到催化电厂烟气脱氧的催化剂。本发明的催化剂采用坑口燃煤电厂烟气代替传统惰性气体注入矿井采空区，可有效抑制采空区遗煤自燃，不仅具有良好的防灭火性能还可循环重复利用，与此同时还能实现CO<subgt;2</subgt;大量封存，且制备方法简单，能耗低，实现了经济与环保双重效益。
技术研发人员：王雪峰,黄湛彭,司马皓,王荀
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23