[發明專利]一種用于氮氧化物脫除的催化材料及制備方法

在審

• 申請號: 201410264927.6
• 申請日: 2014-06-16
• 公開（公告）號: CN105289625A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 李淵
• 申請（專利權）人: 天津朗鑫科技有限公司
• 主分類號: B01J23/83
• 分類號: B01J23/83;B01D53/90;B01D53/56
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技術領域

發明涉及一種氮氧化物脫除用催化材料及制備方法。

背景技術

]氮氧化物主要成分為一氧化碳（NO）和二氧化氮（NO2），統稱為NOx。NO對人體沒有刺激性，但進入人體后能迅速與血紅蛋白結合(結合能力是CO的1000倍)，使人缺氧并對中樞神經造成傷害。此外，NO也是產生光化學煙霧的主要來源之一。截止到目前，全球已發生多起光化學煙霧事件，造成了大量的人員傷亡。NO2對呼吸道粘膜刺激性很強，能導致氣管和肺部功能障礙、咳嗽、呼吸緊促，最終形成肺氣腫。短時間接觸NO2即會出現中毒癥兆。據研究表明,如果人在NO2濃度高于9.4mg/m3的空氣中持續暴露十分鐘,呼吸系統功能就會失調。在高溫線，氮氣可與氧氣發生反應生產氮氧化物，因此在高溫下，氮氧化物極易生成。高溫鍋爐，煅燒設備，燃油發動機等都是氮氧化物的排放源。

NOx的催化還原技術主要為富氧還原，具體包括：選擇性催化還原、存儲催化還原，以及用等離子體輔助催化還原等方法。考慮到實際使用環境狀況，有些技術未能得到廣泛推廣。目前，可產業化的技術路線主要為：選擇性催化還原(SelectiveCatalyticReduction，簡稱SCR)和儲存催化還原(NOStorage-Reduction，簡稱NSR)。

儲存催化還原(NSR)NSR催化劑一般以貴金屬作為催化活性組分，堿和/或堿土金屬氧化物作為儲存組分，γ-Al2O3作為載體提供大比表面積，以提高活性組分和儲存組分的分散度。文獻中典型的NSR催化劑體系是Pt和Ba負載在γ-Al2O3載體上，通常記為Pt/Ba/Al2O3。氮氧化物儲存成分堿金屬或堿土金屬本身并不能直接將氣相中的NO捕獲和氧化，而要借助于相鄰的貴金屬活性中心，在兩者的協同作用下才能將NO儲存起來。在還原氣氛中硝酸鹽是不穩定的，快速釋放出NO2并被還原劑按照汽車尾氣三效催化反應的方式還原成N2，同時催化劑表面的捕獲能力得到恢復。

選擇性催化還原(SCR)SCR的化學反應機理比較復雜，主要是還原劑在一定的溫度和在催化劑作用下，有選擇地把煙氣中的NOx還原為N₂，同時生成水。催化劑的作用是降低NOx催化反應的活化能，使其反應溫度降低。NH₃是實際工業應用最多的還原劑，除了NH₃，研究較多的是以小分子烴類、H₂等。當以氨氣為還原劑時，主要存在以下幾個反應：

4NH₃+4NO+O₂=4N₂+6H₂O

4NH₃+2NO₂+O₂=3N₂+6H₂O

2NH₃+NO+NO₂=N₂+3H₂O

SCR技術的關鍵問題是選擇優良的催化劑。理想的催化劑應具備以下優點：①活性高;②抗中毒能力強;③機械強度和耐磨損性好;④有合適的工作溫度區間；⑤抗吸水脫水性能強；這樣的催化劑才能應用于實際的工業生產過程中；⑥催化劑本身在使用過程無有害物質放出。迄今的研究中，SCR催化劑主要有以下幾類：

（1）金屬氧化物選擇性催化還原法中應用最多的金屬氧化物催化劑是V2O5。發電廠裝配的廢氣凈化系統，大多數也采用這類催化劑。V2O5可直接使用，但為了提高活性和穩定性，大多都將其負載于A12O3、SiO2、A12O3-SiO2、ZrO2、TiO2、TiO2-SiO2:等氧化物載體上，商用的V2O5催化劑多負載于TiO2上，最常用的是V2O5-WO3/TiO2型SCR催化劑。在工業應用時，一般將V₂O₅-WO₃/TiO₂做成蜂窩形狀或涂敷于金屬板等基質上。釩在高溫下具有揮發性，它的揮發將導致催化劑很快失活；二氧化鈦在高溫下也會發生相變從而使催化劑失活。因此V₂O₅-WO₃/TiO₂催化劑是不穩定的。

（2）貴金屬催化劑貴金屬是研究較早的一類SCR催化劑。貴金屬催化劑廣泛采用的載體是堇青石蜂窩體，貴金屬Pt、Pb、Rh擔載在載體上，載體中添加如La、Ce、Ba等助劑。