[發(fā)明專利]室溫高效去除氮氧化物的納米氧化錳分子篩及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410106731.4
• 申請(qǐng)日: 2014-03-21
• 公開（公告）號(hào): CN104923281A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃為民;施劍林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): B01J29/03
• 分類號(hào): B01J29/03;B01D53/86;B01D53/56
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供了一種室溫高效去除低濃度NOx的催化劑及其制備方法，涉及無機(jī)納米材料制備及其應(yīng)用，特別是涉及催化及環(huán)境污染物治理。

背景技術(shù)

城市和交通道路的發(fā)展誕生許多道路隧道和室內(nèi)停車場(chǎng)等半封閉場(chǎng)所。這些半封閉空間環(huán)境中存在著常溫、濃度為數(shù)ppm的氮氧化物污染（NO_x，其中NO占95%以上），遠(yuǎn)超國家二級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。眾所周知，一氧化氮NO是毒性大、危害性極強(qiáng)的大氣污染物。但是，對(duì)這些半封閉空間環(huán)境中存在的氮氧化物的危害和治理卻沒有引起足夠的重視。因?yàn)樵谶@些半封閉空間環(huán)境中由于通風(fēng)不良造成的氮氧化物的含量的富集效應(yīng)勢(shì)必會(huì)對(duì)相關(guān)人員健康造成嚴(yán)重危害，因此采取相應(yīng)的措施來治理顯得極其有必要。但是，現(xiàn)有的NO治理技術(shù)主要為選擇性催化還原法（SCR），投資運(yùn)行成本高，操作復(fù)雜，且僅適用于工廠煙氣和汽車尾氣中的高溫（≥200℃）、高濃度（數(shù)百ppm及以上）NO的脫除，卻難以滿足常溫低濃度NO治理的需要。采用吸附劑去除的方法簡便易行，是實(shí)施低濃度NO常溫脫除的可行方案。截至目前，中國專利CN101884906B、CN102451746A、CN101480603B、CN101530799B均公開了可用于NO常溫吸附的材料及制備方法，主要涉及以活性炭或分子篩作為載體，利用它們所具有的較大的比表面積和孔容來實(shí)現(xiàn)對(duì)高濃度NO的高效吸附。但是針對(duì)只有數(shù)ppm的低濃度NO污染，這兩類吸附催化劑均無法獲得較高的吸附效率。另一方面，CN103055799A所公開的具有介孔結(jié)構(gòu)的Fe-Mn基金屬氧化物催化劑雖然可以實(shí)現(xiàn)低濃度NO污染的室溫高效去除，但是也還存在催化劑活性持續(xù)時(shí)間短以及在潮濕的環(huán)境中迅速失活的不足。

發(fā)明內(nèi)容

面對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有低濃度NO催化劑的不足，提供一種室溫高效去除NO的納米氧化錳分子篩及其制備方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是利用納米氧化錳分子篩的疏水性來改善催化劑在潮濕環(huán)境中的失活問題。

在此，一方面，本發(fā)明提供一種室溫高效去除氮氧化物的納米氧化錳分子篩，其中，按重量計(jì)，所述納米氧化錳分子篩在氧化錳基體中摻雜有0～30%的堿土金屬離子；所述納米氧化錳分子篩的比表面積為160～270m²/g；所述納米氧化錳分子篩具有表面氧空位。

本發(fā)明的納米氧化錳分子篩具有較高的比表面積，從而對(duì)氮氧化物具有較高的吸附存儲(chǔ)能力。又，其含有較多的表面缺陷（表面氧空位），這些表面缺陷可以作為催化活性位從而增強(qiáng)催化性能。而且，通過摻雜堿土金屬離子，增強(qiáng)了納米氧化錳分子篩的堿性，從而也增強(qiáng)了對(duì)酸性的氮氧化物的吸附存儲(chǔ)能力。因此，本發(fā)明的納米氧化錳分子篩具有較高的催化活性和持久的NO去除率。例如在現(xiàn)有的測(cè)試條件下（反應(yīng)氣NO濃度10ppm、O₂濃度21%、載氣N₂，溫度25℃，高空速120000mL·h^-1·g^-1），其可以維持99%的NO去除率達(dá)8小時(shí)，催化劑達(dá)到50%NO去除率的時(shí)間為15小時(shí)。從而本發(fā)明的納米氧化錳分子篩可以作為室溫高效去除氮氧化物的催化劑，將其用于低濃度NO常溫吸附脫除，可以取得理想的效果。此外，由于納米氧化錳分子篩具有疏水性并且對(duì)水具有一定的催化解離能力，因而使得本發(fā)明的納米氧化錳分子篩在水分（潮濕）環(huán)境中的催化性能不僅沒有削弱反而得到增強(qiáng)。例如其在高濕度條件下對(duì)低濃度NO的總有效去除時(shí)間可長達(dá)250小時(shí)以上。

優(yōu)選地，所述堿土金屬離子的摻雜量為5～15%。

較佳地，所述堿土金屬離子可以為鎂離子、鈣離子、和鋇離子中的至少一種。

本發(fā)明中，所述納米氧化錳分子篩的粒子直徑為5～10nm，長度為20～50nm。

另一方面，本發(fā)明還提供上述納米氧化錳分子篩的制備方法，包括：

（1）將二價(jià)錳鹽、堿土金屬鹽、和稀酸混合均勻配制為第一混合溶液，其中所述二價(jià)錳鹽和所述堿土金屬鹽按照所述堿土金屬離子的摻雜量配比；

（2）在所述第一混合溶液中快速攪拌下滴入高錳酸鉀水溶液，得到第二混合溶液；以及

（3）立即將所得的第二混合溶液放入超聲水浴中，在130～350W的超聲功率下于10～30℃超聲1～7小時(shí)，經(jīng)過濾、清洗、干燥得到所述納米氧化錳分子篩。