[發明專利]鐵氧化物納米粒子負載碳納米管脫硝催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201310579447.4
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN103599783A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 張登松;施利毅;韓瑾;黃壘;李紅蕊;張劍平
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J35/10;B01J37/10;B82Y30/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種鐵氧化物納米粒子負載碳納米管脫硝催化劑的制備方法，屬納米材料制備及環保技術領域。

背景技術

隨著經濟的日益發展，我國對于煤炭的消耗及其所帶來的環境污染問題日趨上升。以氮氧化物(NO_x)為主的燃煤尾氣的直接/間接排放，不僅可以造成酸雨、光化學煙霧及臭氧層破壞等環境問題，還能對人的健康造成一定的威脅。因此，對于燃煤等排放的NO_x的對于大氣的破壞已成為一個不容忽視的環境問題，有效地控制及降低NO_x的排放量成為改善大氣污染的重點。針對NO_x的控制目前主要為兩方面：一是燃燒過程控制技術，即在燃燒過程中對NO_x的生成進行降低，如調整鍋爐的設計、參數及運行，另一方面就是燃燒后控制技術，即通過一定的方法將已經產生的NO_x通過物理或化學方法將其固定或還原為N₂。第一種方法由于不僅脫硝效率不高且降低鍋爐燃燒效率，而第二種方法中的氨選擇性催化還原不但沒有影響到燃煤效率，且其方法簡單，耗資低及轉化率高的特點已經發展成為國際應用最多的主導技術。氨選擇性催化還原是利用燃煤后的NO_x與還原性氣體NH₃，在催化劑的作用下發生氧化還原反應生成對環境零污染的N₂及H₂O。目前商業脫硝催化劑多選用技術成熟的釩鈦系列催化劑，但其具有活性窗口較窄(約100℃)，且活性主要集中在高溫范圍(300℃-400℃)以及釩活性組分的流失性、抗硫性不好等缺點，因此，開發研制具有低溫高脫硝催化活性且無毒的催化劑迫在眉睫。

近年來，鐵氧化物及鐵離子交換型催化劑，由于其活性物種中高價態氧化物的強還原性，在氨選擇性催化還原反應表現出良好的活性。碳納米管由于其獨特的一維管狀結構和良好的抗燒蝕性，在脫硝方面不僅可以利用其表面的酸位吸附氨氣進一步提高反應，且可以分解NO，有助于提高脫硝性能。白樹禮等人(Shuli?Bai,?Jianghong?Zhao,?Guixiang?Du,?etal.?In?situ?modifying?of?carbon?tube-in-tube?nanostructures?with?highly?active?Fe₂O₃?nanoparticles,?Nanotechnology,?2008，19，205605)提出將活性組分三氧化二鐵負載在雙層碳納米管的內外部分，顯示出很好的低溫脫硝活性，且其穩定性也較好。然而，該制備方法繁冗，操作復雜，實驗周期較長，環境污染較大。因此，開發一種操作簡易、適用性強、低溫選擇性催化脫硝性能高的鐵氧化物納米粒子負載碳納米管催化劑是非常必要的。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種鐵氧化物納米粒子負載碳納米管脫硝催化劑的制備方法，該方法獲得的活性組分鐵氧化物納米粒子能高度均勻地負載在碳納米管表面，在脫硝催化反應過程中不僅反應窗口寬、催化活性高，且在反應中不會發生聚集。

本發明的催化劑通過以下技術方案實現：

A.????碳納米管的預處理：先將碳納米管在稀酸中回流使其表面氧化，并用大量去離子水進行洗滌，干燥后備用；

B.?????催化劑的制備：將功能化的碳納米管與鐵化合物放入適量溶劑中，鐵化合物的濃度為1×10^-3mmol/L-8×10^-2mmol/L，超聲處理10-180min使得鐵化合物均勻分散在溶劑中并加入醇與碳納米管表面的含氧基團通過氫鍵作用而結合，然后轉移至高壓反應釜中，60-180℃水熱2-48h，使得鐵化合物在碳納米管表面均勻負載；

C.?????焙燒：將高壓水熱反應后的鐵氧化物納米粒子負載碳納米管經洗滌抽濾，烘干后在管式爐中進行氮氣保護煅燒處理，煅燒溫度為350-700℃，升溫速率1-5℃/min，保溫1-7h，降溫冷卻至室溫后即得鐵氧化物負載碳納米管脫硝催化劑。

本發明的特征在于，所述的反應中使用乙醇，丙醇，丁醇中的一種做為溶劑。這是因為，這些醇的羥基官能團帶有負電性，帶有負電性的羥基會與金屬陽離子通過靜電相互作用而結合，而另一端的帶有正電性的基團會與功能化處理后的碳納米管表面的羰基、羥基、羧基通過正負離子相互作用而附著在碳納米管表面。