[發明專利]用于氮氧化物氫氣選擇催化還原的催化劑及其應用

有效

• 申請號: 201410527706.3
• 申請日: 2014-10-09
• 公開（公告）號: CN104475152B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 李蘭冬;關乃佳;武光軍;戴衛理
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B01J29/85
• 分類號: B01J29/85;B01J29/44;B01D53/90;B01D53/56
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技術領域

本發明涉及一種氮氧化物氫氣選擇催化還原的催化劑及其應用。

背景技術

氮氧化物(NOx)是一類主要的大氣污染物，主要包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)。氮氧化物對生態環境造成嚴重的危害，它是引發酸雨和光化學煙霧的主要物種，可導致人眼紅腫，視力減退，呼吸急促，頭痛，肺水腫等疾病，甚至威脅人類生命。氮氧化物由于其危害大，難消除等特點已經受到全世界范圍的廣泛關注。催化還原法是氮氧化物凈化的主要方法，在特定催化劑作用下，氮氧化物可以被還原為無害的氮氣。以氨為還原劑，選擇催化還原NOx的技術(NH₃-SCR)是1957年由Engelhard公司開發并申請專利。后來日本在該國環保政策驅動下，成功研制出了現今被廣泛使用的V₂O₅/TiO₂催化劑，并分別于1977年和1979年在燃油和燃煤鍋爐上成功投入商業運用。SCR法目前已成為世界上應用最多、最為成熟且最有成效的一種煙氣脫硝技術，其主要反應為4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O。科研人員圍繞NH₃-SCR進行了大量的研究工作，很多新催化劑體系可見專利報道(US5198403；US2012184429)。然而，NH₃-SCR尚存在一些缺點和瓶頸，還原劑NH₃具有很強的腐蝕性，對管路和設備的要求非常高，造價昂貴；還原劑NH₃的加入比例要求精確控制，不足量的NH₃無法達到預想的凈化效果，而過量的NH₃又會對環境造成二次污染。

與NH₃-SCR比較，以氫氣作為還原劑的選擇催化還原反應(H₂-SCR)具有明顯的優勢：H₂-SCR反應發生的溫度(一般＜150℃)遠遠低于NH₃-SCR反應(300-400℃)，在實際應用過程中可以節約大量的能源消耗，同時降低了對設備的要求；氫是廉價易得的清潔還原劑，它比NH₃要便宜的多，并且沒有NH₃的腐蝕性，避免了NH₃儲藏運輸過程中種種問題，大大增加了氮氧化物消除反應的經濟性和可操作性。H₂-SCR脫硝反應是一條清潔高效的環保路線，能有效避免已經工業化的NH₃-SCR路線中的諸多缺點，具有重大的經濟和社會效應。目前，關于貴金屬與分子篩的H₂-SCR催化劑用于氮氧化物氫氣選擇催化還原的研究和實際應用鮮有公開，但是在貴金屬與分子篩的催化劑中引入了稀土金屬元素未見報道。

發明內容

本發明目的在于提供一種新型用于氮氧化物氫氣選擇催化還原的催化劑及其應用。本發明是以貴金屬活性組分Pt，稀土元素助劑(La、Ce或Sm等)以及分子篩載體(MFI，BEA，CHA，FER，MOR等)組成的催化劑。以氫氣作為還原劑，在富氧條件下將氮氧化物轉化為無害的氮氣，是一種高性能凈化氮氧化物催化劑，可達到較高的氮氧化物轉化率，并且工藝流程簡單、綠色節能，適于大規模工業化推廣應用。

本發明提供的用于氮氧化物氫氣選擇催化還原的催化劑是由貴金屬Pt、稀土元素助劑以及分子篩為載體組成，其中的質量百分比組成為：

Pt0.1-5.0％

稀土元素0.2-20.0％

分子篩75-99.7％。

(各組分的質量百分比之和為100％)。

其中，稀土元素：La、Ce、Sm中的一種或幾種；所述的分子篩為具有下述結構的硅酸鋁分子篩：MFI、BEA、CHA、FER或MOR，以及它們的磷酸硅鋁分子篩等。

可選地，所述的稀土元素為0.2-5.0％；所述的分子篩為SAPO-34(Si/Al＝0.1)或ZSM-5(Si/Al＝30)。

本發明提供的用于氮氧化物氫氣選擇還原催化劑的制備方法包括以下步驟：

(1)按計量以具有MFI，BEA，CHA，FER，MOR等拓撲結構的硅酸鋁分子篩或它們的磷酸硅鋁分子篩作為載體，通過濕法浸漬引入稀土元素，在空氣中450-550℃焙燒6-8h備用。

(2)將上述處理好的樣品浸漬在氯鉑酸溶液中，低溫蒸干，在空氣中450-650℃焙燒6-8h，形成催化劑粉末。