一种低温脱硝催化剂的活性炭载体的预处理方法技术领域
本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种低温脱硝催化剂的活性炭载体的预处
理方法。
背景技术
活性炭是一种具有复杂结构的无定形碳，具有发达的孔隙结构和巨大的比表面
积，以及活泼的表面化学性质。传统的钒钛脱硝催化剂以二氧化钛作为载体，只能在350℃
以上的高温条件下才能发挥脱硝作用，而以活性炭为载体制备的催化剂，则能在150℃甚至
更低温度下达到很高的脱硝效率，因此在低温脱硝领域具有广阔的应用前景。
另一方面，商品活性炭比表面积有限，孔隙分布不均，表面官能团不够丰富，如直
接用作载体制备催化剂，效果一般。因此，需要对活性炭进行改性预处理，使其物化性能进
一步提升，更好的满足作为脱硝催化剂载体材料的要求。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种低温脱硝催化剂的活性炭载体的预处理
方法，该预处理方法对活性炭载体进行改性，使其物化性能得到提升，从而提高低温脱硝催
化剂的性能。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种低温脱硝催化剂的活性炭载体
的预处理方法，包括以下步骤：
S1：干燥预处理：在100～110℃恒温条件下，对活性炭进行干燥处理，烘干至恒重；
S2：预活化处理：将步骤S1中经干燥处理的活性炭置于活化炉中，活化炉中通入氮
气作为保护气，采用水蒸气作为活化剂，高温活化处理3～10h，将预活化处理后的活性炭保
存备用；
S3：酸洗处理：将步骤S2中经预活化处理的活性炭与酸溶液，按活性炭质量：酸溶
液体积比为1：2～8的比例进行充分混合，在40～90℃水浴条件下，反应1～8h，将酸洗处理
后的活性炭保存备用；
S4：清洗干燥处理：以去离子水反复冲洗步骤S3中经酸洗处理的活性炭，直至洗涤
液接近至中性为止，在100～110℃恒温下对洗好的活性炭进行干燥处理，烘干至恒重，获得
作为低温脱硝催化剂载体的改性活性炭样品。
上述技术方案中，步骤S1对活性炭进行干燥预处理的目的是便于后续步骤预活化
处理中，准确计算所需通入的水蒸气量，精确控制活性炭预活化过程的处理效果，因为商品
活性炭本身有一定湿含量。发明人研究发现，干燥温度实际可采用的理论温度范围可在100
～150℃之间。干燥温度高于100℃，才能有效的将活性炭内部的游离水和结合水全部除去，
另一方面，由于一般是在电热鼓风干燥箱内利用空气进行干燥处理，而活性炭相对易燃，因
此温度又不能太高。此外干燥时间与干燥温度相关，具体可根据实际的实验生产情况而定，
本发明中，优选干燥温度为100～110℃，干燥时间为12～24h。如果是利用真空干燥箱进行
干燥处理，则相应温度也可提高。凡在本发明的指导思想下，选择本领域常规干燥方式及参
数中的其它干燥方式及参数，也属于本发明的保护范围。
上述技术方案中，所述步骤S2预活化处理，具体包括以下步骤：
S21：将步骤S1中经烘干处理的活性炭置于活化炉中，活化炉中通入氮气作为保护
气，活化炉升温至400～500℃后，恒温1～3h；
S22：活化炉继续升温至700～800℃后，通入水蒸气作为活化剂，恒温1～3h；
S23：活化炉继续升温至900～1000℃后，恒温1～3h后，停止通入水蒸气，自然冷却
至常温，将预活化处理后的活性炭保存备用。
需要说明的是，在活化炉中对干燥预处理后的活性炭进行活化处理，其主要目的
是对活性炭进行造孔，丰富活性炭的孔隙结构，增加比表面积，提高催化剂制备过程中，载
体中的活性组分吸附量。为达上述目的，本发明采取了上述如步骤S21～S23所述的三段升
温式活化处理方法：500℃下的恒温阶段主要发生活性炭二次炭化过程；活化反应是放热反
应，需要温度在700～800℃左右才能发生，因此在700～800℃恒温段通入水蒸气进行活化；
继续升温至900～1000℃是深度活化过程。进一步，基于节能和活性炭耐受性这两方面考
虑，升温速率太慢，导致升温时间过长，耗能太多；升温速率太快，活性炭耐受性有限，可能
因受热不均导致结构破坏。不同的水蒸气通入速率，活化处理后的活性炭性能差异也很大，
在预活化处理步骤，水蒸气通入量是除了温度以外最重要的控制因素。经发明人长期研究
探索，优选升温速率为3～10℃/min，水蒸气的通入速率为200～2000ml/kg·h。凡在本发明
的指导思想下，采用本领域中利用活化炉对活性炭进行活化处理的其它常规活化处理方
式，也属于本发明的保护范围。
上述技术方案中，酸洗处理的目的是破坏活性炭表面和内部不稳定的孔结构，同
时增加活性炭表面含氮官能团、含氧官能团，从而提高活性组分在载体上的有效吸附量及
结合度。为达上述目的，本发明优选酸溶液浓度为10％～80％进行酸洗处理。酸溶液可以选
用但不限为硫酸、盐酸、硝酸、次氯酸、高锰酸钾酸性溶液或过氧化氢中的一种或多种。凡在
本发明的指导思想下，采用本领域中常规酸溶液中的其它酸溶液，也属于本发明的保护范
围。
上述技术方案中，由于活性组分的负载过程需要在中性环境进行，因此需要用去
离子水将残留在活性炭表面积内部的酸液清洗干净，避免影响活性组分负载效果。
本发明的有益效果是：本发明提供的低温脱硝催化剂的活性炭载体的预处理方
法，步骤简单，过程可控性强。经该预处理方法预处理的活性炭样品，比表面积大，孔隙结构
更加丰富，中微孔比例更大，同时其表面含氮、含氧官能团数量大量增加。在后续制备脱硝
催化剂的过程中，活性组分前驱体有效负载量得到大幅提升，活性组分预载体结合程度更
紧密。制备出的脱硝催化剂，其脱硝效率在150℃就能达到90％以上，比未经预处理的活性
炭载体制备的脱硝催化剂效率提升20％以上。同时，其对NO浓度波动的适应性和对SO2的抗
毒性都有一定程度提高。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例对本发明做
进一步地详细说明：
在下列各个具体实施例中，采用的活性炭均为同一批次的商品活性炭。经本发明
提供的预处理方法进行预处理后的改性活性炭样品，后续验证改性活性炭样品性能的实验
中，即对采用改性活性炭样品所制备的脱硝催化剂进行测试，在脱硝催化剂的制备过程中，
各个实施例所采用的活性组分、制备工艺以及制备流程等均完全相同。
在下列各个实施例中，脱硝催化剂的制备工艺包括以下步骤：取100份去离子水，
向其中加入活性组分前驱体，在一定条件下充分溶解、反应后制成活性组分前驱体溶液。活
性组分前驱体，至少包含以下一种化合物：钒、钨、锰、铁、铈、钼、镍、钴、铜等元素的某种化
合物。活性组分前驱体的质量分数为1％～20％。取100份活性炭载体，将上述活性组分前驱
体溶液与之充分混合，静置24h进行充分浸渍。将静置24h后的活性炭取出，在真空干燥箱
中，100～150℃条件下恒温干燥12～24h至恒重。将干燥后的活性炭置于活化炉中，以氮气
为保护气，以3～10℃速率升温至400～600℃，恒温1～3h，自然冷却至常温，制得低温脱硝
催化剂。
在下列实施例中，实施例一至实施例四中制备的低温脱硝催化剂采用的是经本发
明提供的预处理方法进行预处理的活性炭载体，实施例五作为对比例，采用的是未经预处
理的活性炭载体。
需要说明的是，脱硝催化剂的制备工艺并不属于本发明的创新点和保护范围，只
是为对采用本发明提供的预处理方法而制备的改性活性炭样品的性能进行更好的测试，而
进一步制备了脱硝催化剂，也可采用本领域中其它常规的脱硝催化剂制备方法进行制备。
实施例一
S1：干燥预处理：在110℃恒温条件下，对商品活性炭进行干燥处理，烘干24h至恒
重；
S2：预活化处理：取步骤S1中经干燥处理的活性炭置于活化炉中，活化炉中通入氮
气作为保护气，采用水蒸气作为活化剂，高温条件下进行预活化处理，具体为以下步骤：
S21：取步骤S1中经烘干处理的活性炭1kg置于活化炉中，活化炉中通入氮气作为
保护气，活化炉升温至500℃后，恒温2h；
S22：活化炉继续升温至800℃后，通入水蒸气作为活化剂，恒温1h；
S23：活化炉继续升温至900℃后，恒温3h后，停止通入水蒸气，自然冷却至常温，将
预活化处理后的活性炭保存备用；
步骤S21～S23中，活化炉的升温速率为5℃/min，水蒸气的通入速率为500ml/h；
S3：酸洗处理：取步骤S2中经预活化处理的活性炭100份，与浓度为40％硫酸溶液，
按活性炭质量：硫酸溶液体积比为1：3的比例进行充分混合，在60℃水浴条件下，反应4h小
时，将酸洗处理后的活性炭保存备用；
S4：清洗干燥处理：以去离子水反复冲洗步骤S3中经酸洗处理的活性炭，直至洗涤
液至中性为止，在110℃恒温下对洗好的活性炭进行干燥处理，烘干24h至恒重，获得作为低
温脱硝催化剂载体的改性活性炭样品。
以本实施例所获得改性活性炭样品为载体，制备成炭基脱硝催化剂。
经测试，在NO浓度为700mg/Nm3，O2含量为6％，空速10000h-1条件下，120℃时其脱
硝效率达到78％，150℃时脱硝效率达到88％，180℃时脱硝效率达到93％。
实施例二
S1：干燥预处理：在110℃恒温条件下，对商品活性炭进行干燥处理，烘干24h至恒
重；
S2：预活化处理：取步骤S1中经干燥处理的活性炭置于活化炉中，活化炉中通入氮
气作为保护气，采用水蒸气作为活化剂，高温条件下进行预活化处理，具体为以下步骤：
S21：取步骤S1中经烘干处理的活性炭1kg置于活化炉中，活化炉中通入氮气作为
保护气，活化炉升温至500℃后，恒温2h；
S22：活化炉继续升温至800℃后，通入水蒸气作为活化剂，恒温1h；
S23：活化炉继续升温至900℃后，恒温3h后，停止通入水蒸气，自然冷却至常温，将
预活化处理后的活性炭保存备用；
步骤S21～S23中，活化炉的升温速率为5℃/min，水蒸气的通入速率为1000ml/h；
S3：酸洗处理：取步骤S2中经预活化处理的活性炭100份，与浓度为30％硝酸溶液，
按活性炭质量：硝酸溶液体积比为1：2的比例进行充分混合，在80℃水浴条件下，反应4h小
时，将酸洗处理后的活性炭保存备用；
S4：清洗干燥处理：以去离子水反复冲洗步骤S3中经酸洗处理的活性炭，直至洗涤
液接近至中性为止，在110℃恒温下对洗好的活性炭进行干燥处理，烘干24h至恒重，获得作
为低温脱硝催化剂载体的改性活性炭样品。
以本实施例所获得改性活性炭样品为载体，制备成炭基脱硝催化剂。
经测试，在NO浓度为700mg/Nm3，O2含量为6％，空速10000h-1条件下，120℃时其脱
硝效率达到80％，150℃时脱硝效率达到91％，180℃时脱硝效率达到95％。
实施例三
S1：干燥预处理：在110℃恒温条件下，对商品活性炭进行干燥处理，烘干24h至恒
重；
S2：预活化处理：取步骤S1中经干燥处理的活性炭置于活化炉中，活化炉中通入氮
气作为保护气，采用水蒸气作为活化剂，高温条件下进行预活化处理，具体为以下步骤：
S21：取步骤S1中经烘干处理的活性炭1kg置于活化炉中，活化炉中通入氮气作为
保护气，活化炉升温至500℃后，恒温2h；
S22：活化炉继续升温至750℃后，通入水蒸气作为活化剂，恒温1h；
S23：活化炉继续升温至900℃后，恒温3h后，停止通入水蒸气，自然冷却至常温，将
预活化处理后的活性炭保存备用；
步骤S21～S23中，活化炉的升温速率为5℃/min，水蒸气的通入速率为500ml/h；
S3：酸洗处理：取步骤S2中经预活化处理的活性炭100份，与浓度为30％硝酸溶液，
按活性炭质量：硝酸溶液体积比为1：3的比例进行充分混合，在60℃水浴条件下，反应4h小
时，将酸洗处理后的活性炭保存备用；
S4：清洗干燥处理：以去离子水反复冲洗步骤S3中经酸洗处理的活性炭，直至洗涤
液接近至中性为止，在110℃恒温下对洗好的活性炭进行干燥处理，烘干24h至恒重，获得作
为低温脱硝催化剂载体的改性活性炭样品。
以本实施例所获得改性活性炭样品为载体，制备成炭基脱硝催化剂。
经测试，在NO浓度为700mg/Nm3，O2含量为6％，空速10000h-1条件下，120℃时其脱
硝效率达到76％，150℃时脱硝效率达到88％，180℃时脱硝效率达到94％。
实施例四
S1：干燥预处理：在110℃恒温条件下，对商品活性炭进行干燥处理，烘干24h至恒
重；
S2：预活化处理：取步骤S1中经干燥处理的活性炭置于活化炉中，活化炉中通入氮
气作为保护气，采用水蒸气作为活化剂，高温条件下进行预活化处理，具体为以下步骤：
S21：取步骤S1中经烘干处理的活性炭1kg置于活化炉中，活化炉中通入氮气作为
保护气，活化炉升温至500℃后，恒温2h；
S22：活化炉继续升温至750℃后，通入水蒸气作为活化剂，恒温1h；
S23：活化炉继续升温至950℃后，恒温3h后，停止通入水蒸气，自然冷却至常温，将
预活化处理后的活性炭保存备用；
步骤S21～S23中，活化炉的升温速率为5℃/min，水蒸气的通入速率为1500ml/h；
S3：酸洗处理：取步骤S2中经预活化处理的活性炭100份，与浓度为60％硫酸溶液，
按活性炭质量：硫酸溶液体积比为1：3的比例进行充分混合，在80℃水浴条件下，反应4h小
时，将酸洗处理后的活性炭保存备用；
S4：清洗干燥处理：以去离子水反复冲洗步骤S3中经酸洗处理的活性炭，直至洗涤
液接近至中性为止，在110℃恒温下对洗好的活性炭进行干燥处理，烘干24h至恒重，获得作
为低温脱硝催化剂载体的改性活性炭样品。
以本实施例所获得改性活性炭样品为载体，制备成炭基脱硝催化剂。
经测试，在NO浓度为700mg/Nm3，O2含量为6％，空速10000h-1条件下，120℃时其脱
硝效率达到78％，150℃时脱硝效率达到88％，180℃时脱硝效率达到93％。
实施例五
以未经预处理的商品活性炭样品为载体，制备成炭基脱硝催化剂。
经测试，在NO浓度为700mg/Nm3，O2含量为6％，空速10000h-1条件下，120℃时其脱
硝效率为54％，150℃时脱硝效率为61％，180℃时脱硝效率为72％。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发
明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的
普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各
种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。