[發明專利]低溫高效的Ce基催化劑制備及NOx消除性能研究

在審

• 申請號: 201710440793.2
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN109078631A
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 王秀云;王瑞虎
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01J35/02;B01J37/08;B01J37/20;C01F17/00;B01D53/86;B01D53/56
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本發明提供一種低溫下高效的硫化CeO₂納米催化劑，并應用于火電廠和硝酸廠排放的氮氧化物凈化。催化劑Ce的形貌可控。純的CeO₂在低溫下NO_x轉化率低于10％，但是我們經過500ppm SO₂硫化處理3小時后，硫化后的CeO₂納米棒在250和300℃的NO_x分別達到90％和99％，且可操作窗口寬。所制備的催化劑僅包含CeO₂，其NO_x消除性能明顯優于目前商業化V基SCR催化劑。本發明提供催化劑的凈化效果優于傳統NO_x凈化催化劑。且制備工藝簡單，操作方便，成本非常低，NO_x轉化率高，具有明顯的工業應用價值。

技術領域

本發明屬于納米技術領域，具體涉及一種硫化后CeO₂納米催化劑應用于固定源中的發電廠和硝酸廠等排放的氮氧化物凈化。

背景技術

火電廠和硝酸廠等固定源產生的氮氧化物(NO_x)是主要大氣污染物之一，其對環境和人類健康造成的不利影響日益嚴重。目前氨氣選擇性催化還原被認為最為有效的消除固定源排放的NO_x的方法之一，目前，用NH₃作還原劑，在V₂O₅-TiO₂-WO₃催化劑作用下選擇性催化還原廢氣中的NO_x使之生成N₂的方法在國外已經成功應用于治理固定源污染如硝酸廠尾氣、發電廠煙道氣、重油鍋爐廢氣等。但NH₃-SCR催化劑存在的主要問題是低溫活性較差(50-250℃)，V有毒且易SO₂中毒，在移動過程中容易脫落，造成二次污染。

近年來，CeO₂由于具有良好的儲氧能力和氧化還原性能，且具有豐富的表面氧缺陷位，有利于Ce³⁺通過Mars-van Krevelen路徑進行再氧化過程。此外，Ce的電子捐贈效應會削弱NH₃的氧化，賦予了Ce基催化劑在高溫下較高的N₂選擇性，受到許多研究者的青睞。然而，由于純CeO₂自身表面酸性位較少，導致低溫SCR活性和抗硫性能遠不能滿足實際要求。為此，迫切需要研發出低溫、高效的SCR催化劑以滿足實際的工業需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種低溫、高活性的廉價催化劑，該催化劑主要應用火電廠和硝酸廠等固定源中的氮氧化物凈化，且在較寬的空燃比范圍內均表現高的NO_x消除活性。

本發明提供了的催化劑為經過預硫化后的CeO₂。所述催化劑的制備采用如下方式：(1)100-180℃水熱8-24h；(2)烘干和焙燒；(3)350℃，CeO₂經過500ppm SO₂硫化3h。

本發明通過還原劑的類型、還原劑的濃度、促進劑和水熱溫度調控CeO₂的形貌，實現催化劑NH₃-SCR性能的調控。

所述的CeO₂催化劑的方法，采用前驅體，還原劑，促進劑及溶劑進行水熱反應，并將水熱反應產物進行焙燒得到催化劑。

所述的CeO₂催化劑的形貌調控方法：當還原劑為NaOH，通過調控濃度及水熱溫度，可以制備具有納米棒和納米立方塊的CeO₂。當還原劑為尿素,通過添加促進劑HCl及水熱溫度，制備出具有納米球和納米錐狀的CeO₂。

所述的催化劑制備過程的水熱溫度為90-180℃，水熱時間為8-24h。

所述催化劑的焙燒溫度為500℃，焙燒時間為3h，升溫速率為3℃/min。