[發明專利]用于富氧氣氛中還原氮氧化合物的催化劑及其制備和應用

有效

• 申請號: 201110083246.6
• 申請日: 2011-04-02
• 公開（公告）號: CN102728395A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 張洪艷;李寧;王愛琴;張濤;李林;王曉東
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J27/125
• 分類號: B01J27/125;B01D53/90;B01D53/56
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及一種用于富氧氣氛中還原氮氧化合物的In-Fe/SZ催化劑，具體地說，是一種使用甲烷作為還原劑、在富氧條件下催化消除氮氧化合?物（NOx）時所使用的催化劑。

背景技術

隨著人類對可持續發展戰略認識的不斷深入，環境污染和防治問題已引起了世界各國的高度重視，因此，消除作為大氣污染物主要來源之一的氮氧化合物（NOx,?以一氧化氮和二氧化氮為主要的空氣污染物，其中一氧化氮占95?%）就變得尤為重要。氮氧化合物不僅產生于人類活動所必需的化石燃料的燃燒，而且自然界的火山活動、閃電、微生物降解蛋白質等過程都會產生大量的NOx.?氮氧化合物一旦產生，其中的一氧化氮會迅速被O₃、OH、或者HO₂等自由基氧化生成毒害作用更大的含氮氧化物，如二氧化氮（其毒性是一氧化氮的5倍）、HNO₂和HONO₂，因此它是酸雨、光化學煙霧形成的主要物種和引發物，可使人類產生肺氣腫、視力減退、支氣管等疾病，甚至威脅人類的生命。而且對各種農作物和生態環境也有極大的危害作用，因此急需加以控制。

氧化氣氛下NH₃選擇催化還原NOx（SCR）已在日本和一些工業發達國家實現工業化。但是由于NH₃-SCR存在著NH₃的存儲、運輸、管道阻塞和腐蝕及昂貴的操作費用，且易造成二次污染等問題，有必要探索出一種不用NH₃作還原劑的消除方法。由于天然氣（其主要成分是甲烷）儲量豐富、分布廣泛，廣泛應用于工業生產，且幾乎存在于每一種燃料的尾氣中，所以用甲烷催化還原固定源燃料燃燒過程中排放的NOx是一條實用而廉價的途徑。關于銦催化劑有一些相關的專利和文獻報道。中國申請號為NO.951120271專利指出，氧化氣氛下，甲烷作還原劑，負載型In/HZSM-5對氮氧化合物有較高的轉化率；NO.981143369專利指出在有氧條件下，用氧化鐵修飾分子篩作為載體負載的銦催化劑能有效消除NOx。授權公告號為CN?1151886C的專利指出用氧化銦對負載后的In/HZSM-5分子篩催化劑進行改性，可以提高催化劑的活性。

近些年，人們將研究的重點集中在制備以固體超強酸作為載體的負載型催化劑。SO₄^2-/ZrO₂(SZ)是目前應用最廣泛的固體超強酸載體（G.?D.?Yadav,?J.?J.?Nair,?Microp.?Mesop.?Mater.?1999,?33,?1-48）。最近，張濤等以硫酸銨酸化處理過的氧化鋯為載體，采用浸漬的方法制備了Co/SZ（Ning?Li,?Aiqin?Wang,?Tao?Zhang?et?al.，Appl.?Catal.?B，2003，43，195-201）和?Mn/SZ?（Ning?Li,?Aiqin?Wang,?Tao?Zhang?et?al.，Appl.?Catal.?B，2004，48，259-265）催化劑，并將其應用到甲烷選擇還原氮氧化合物這一反應中，得到了較好的催化活性。最近兩年來也有關于銦負載在固體超強酸載體上的相關報道，如清華大學的李俊華等將銦負載在鎢酸化的氧化鋯或是硫酸化的二氧化鈦上制備了In/WZ（D.?Yang,?J.?H.?Li,?C.?L.?Song?et?al.，Catal.?Commun.?2007，?8，2243-2247）和In/STi?（D.?Yang,?J.?H.?Li,?C.?L.?Song?et?al.，Catal.?Lett.?2008，?122，138-143）催化劑。上述的催化劑能夠在有氧的條件下有效地消除NOx，但是活性不高。

發明內容

本發明的目的是提供一種還原氮氧化合物的催化劑，該催化劑在富氧條件下對于甲烷選擇催化還原氮氧化合物具有較高的活性，可有效地去除汽車尾氣中的氮氧化合物。

本發明的又一目的是提供一種該催化劑的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為；

一種富氧氣氛中甲烷選擇還原氮氧化合物催化劑，以銦為活性組分，過渡金屬Fe為助劑構成，共同負載在硫酸化的氧化鋯（SZ）上，銦含量為催化劑總質量的2~7?%。助劑Fe含量為催化劑總質量的1~5?%.?其特征在于以In和Fe雙組分構成，其中In的最佳含量為4?%,?Fe的最佳含量3?%。