[發明專利]一種選擇性催化氧化氨的納米鈰鋯固溶體基催化劑的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201010534148.5
• 申請日: 2010-11-06
• 公開（公告）號: CN101966451A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 曲振平;王忠;全燮;李新勇;梁春霞;孫紅
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01J37/02;B01D53/86;B01D53/58
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明應用于環境友好型催化技術領域，涉及一種用于消除農業、工業、交通等過程中產生的氨氣污染，并將氨氣選擇性催化氧化為無污染的N₂和H₂O的金屬復合氧化物催化劑的制備方法及應用。

背景技術

隨著社會的進步和人們生活水平的提高，大氣環境的保護已經成為一個非常重要的課題。而含氮化合物，如NO、N₂O、NO₂和NH₃，對環境的污染已經越來越受到關注。其中氨氣因其在較低濃度下對人體眼睛、鼻粘膜等部位的刺激作用，成為近幾年的研究熱點。氨氣的來源主要包括，工業(液氮生產過程中尾氣排放、燃煤煙氣中NH₃-SCR反應中NH₃的泄漏)；農業；交通(柴油車尾氣消除凈化中NH₃-SCR反應中NH₃的泄漏)；建筑施工中混凝土外加劑以及室內裝修材料中添加劑和增白劑等。

目前NH₃凈化技術主要包括化學吸收、化學吸附、生物凈化、催化分解以及催化氧化。化學吸收和化學吸附法，雖然操作比較簡單，但其吸附劑需定期更換，易產生二次污染。生物凈化法，雖不產生二次污染，但其處理凈化NH₃量較低而不易于工業應用。催化分解法，可以產生H₂，但是分解所需溫度較高，能耗大。NH₃選擇性催化氧化技術是通過催化劑將NH₃氧化為N₂和H₂O，不產生二次污染。現在許多材料應用在NH₃的催化氧化中，其中貴金屬Pt、Pd、Ru、Ir和Ag等負載在Al₂O₃上，在200-350℃時有較高活性，但是其對N₂的選擇性較低(≤80％)，而且價格昂貴，穩定性低(Cui?XZ，Zhou?J，Ye?ZQ?et?al.J.Catal.270(2010)310-317)。Fe負載在ZSM上，溫度為350℃時，其轉化率僅為75％(R.Q.Long，R.T.Yang，J.Catal.201(2001)145-152)。因此開發價格低廉，穩定性好，N₂選擇性和低溫轉化率高的催化劑是十分必要的。

發明內容

本發明要解決的技術問題是上述催化劑價格昂貴、N₂選擇性低、穩定性差、氨氣完全轉化溫度高的缺點。我們開發的介孔Ce_xZr_1-xO₂固溶體系列催化劑具有較高的低溫活性和N₂選擇性以及良好的穩定性，且孔徑為3-10nm，孔徑分布均勻。溫度為260℃時，轉化率達到90％，選擇性保持85％以上；280℃時，NH₃完全轉化。如將上述催化劑負載于各種整體催化劑上可具有較好的工業應用前景。

本發明的技術方案如下：

催化劑由活性組分和介孔鈰鋯固溶體載體兩部分組成。其制備鈰鋯固溶體過程中，鈰前軀體為硝酸鈰或硝酸鈰銨中的一種，鋯前軀體為硝酸鋯、氧氯化鋯或硝酸氧鋯中的一種；模板劑為CTAB(十六烷基三甲基溴化胺)。具體制備方法如下：

鈰鋯固溶體通過陽離子表面活性劑法制備。按鈰所占的摩爾百分數為0-1，稱取鈰與鋯前軀體，分別溶于水中，溶解完全后，將上述兩種金屬鹽水溶液混合，攪拌10min；將模板劑CTAB溶于水中，其中n(CTAB)/[n(Ce)+n(Zr)]取0.2-0.6；在持續攪拌下將上述兩種金屬鹽混合物倒入CTAB水溶液中，攪拌30min；以尿素、氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀或碳酸銨中的一種作為沉淀劑進行沉淀，并調節混合體系pH值到8-13；老化時間為12h，然后裝入聚四氟乙烯高壓反應釜中，于80-180℃恒溫24-48h后，自然降溫冷卻，用去離子水和無水乙醇洗滌、離心，烘干；空氣條件下，置于馬弗爐中，400-600℃煅燒3-8h，即制得鈰鋯固溶體。

本發明涉及的催化劑可通過沉積-沉淀法或浸漬法引入活性組分。Cu、Ag、Mn或Fe活性組分的前驅體為硝酸鹽、醋酸鹽或硫酸鹽中的一種；活性組分在上述制得的載體中按金屬元素重量換算計的負載量是1-20wt％。具體制備方法如下：

沉積-沉淀法：