[發明專利]一種二氧化鈰基催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201911268140.6
• 申請日: 2019-12-11
• 公開（公告）號: CN111111641B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 李素靜;陳靚;李偉;王俏麗;王曉祥;馬赫遙
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01D53/94;B01D53/56;B01J35/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳升華

本發明公開了一種二氧化鈰基催化劑，主要由Ce、Al、Si、O幾種元素組成。本發明還公開了一種二氧化鈰基催化劑的制備方法，制備方法簡單，易于操作和實施。本發明二氧化鈰基催化劑可應用于氨氣選擇性催化還原氮氧化物，該催化劑具有優異的氮氧化物還原能力和氮氣選擇性、反應活性窗口寬，同時具有良好的抗二氧化硫中毒性能和水熱穩定性。采用本發明制備的二氧化鈰基異質結構催化劑處理廢氣中的氮氧化物能夠有效克服傳統釩基催化劑對人體的毒害作用及對環境造成二次污染的缺陷，具有經濟性、環境友好、易于工業化的優點。

技術領域

本發明涉及氨氣選擇性催化還原氮氧化物的催化劑領域，具體涉及一種二氧化鈰基異質結構催化劑及其制備方法和在氨氣選擇性催化還原氮氧化物中的應用。

背景技術

柴油車因其經濟性好、燃油效率高及輸出功率大，在國內外得到了廣泛運用。然而，柴油車產生日趨嚴重的氮氧化物(NO_x)排放，會造成酸雨、霧霾、光化學煙霧、近地面臭氧層濃度增加等系列環境問題等環境污染問題。我國規劃倡導綠色理念，明確指出，到2020年，氮氧化物排放量較2015年減少15％。此外，新出臺的《城市車輛用柴油發動機排氣污染物排放限值及測量方法》(HJ 689-2014)，提出了更加嚴格的柴油車NO_x排放標準。因此，柴油車NO_x排放控制刻不容緩。

NO_x的脫除和控制技術主要包括：選擇性催化還原法、選擇性非催化還原法、微生物法、吸收法、吸附法、等離子體法等。目前，以氨源作為還原劑選擇性催化還原NO_x即NH₃-SCR法是應用最為廣泛的NO_x減排技術。催化劑是NH₃-SCR法的核心，對煙氣的脫硝效果有直接影響。釩基催化劑是開發最為成熟的商用NH₃-SCR脫硝催化劑，已廣泛運用于NO_x排放控制領域。但是釩有生物毒性，且釩氧化物是劇毒化學品。因此，釩基催化劑在生產、使用及后處理過程中均存在較大的環境污染風險。美國和日本已明令禁止將釩基催化劑用于柴油車尾氣脫硝。因此，開發環境友好型非釩基催化劑是未來SCR技術發展的一個重要趨勢。非釩基SCR催化劑可以分為貴金屬催化劑、分子篩催化劑、金屬氧化物催化劑等。貴金屬催化劑的主要活性成分為Pt、Pd、Rh等貴金屬。由于其出色的低溫活性，早在20世紀70年代受到多數研究人員的關注并用于汽車尾氣治理的三效催化劑中。貴金屬催化劑的缺點在于成本昂貴，易受煙氣中其他成分(如SO₂、碳氫化合物等)影響而發生中毒，限制了進一步的工業應用。此外，分子篩催化劑如ZSM系列、HBEA系列、SAPO系列、SSZ系列等，通過離子交換負載Fe、Mn、 Cu、Co、Ce等活性組分具有良好的NH₃-SCR活性。然而，分子篩催化劑最大的缺點在于在高溫水熱條件下易發生脫鋁現象，造成分子篩骨架坍塌，酸性位點缺失，導致氮氧化物去除率迅速下降。因此，開發氮氧化物脫除效率高，氮氣選擇性好，抗水/抗硫性能優異、經濟可取又環境友好的新型催化劑，對氮氧化物排放控制及改善大氣環境具有重要的現實意義。金屬氧化物催化劑因其種類繁多，如鈰基、錳基、鋯基、銅基等等，是近年來研究最廣泛的催化劑。根據其可控的形貌結構，可調的氧化還原性和酸性，可設計制備出系列具有低溫活性、寬反應溫度窗口、高抗中毒性能的NH₃-SCR催化劑。

發明內容

本發明設計/制備了一種氮氧化物脫除效率高、抗二氧化硫/水中毒性能好、經濟可取且環境友好的二氧化鈰基NH₃-SCR催化劑。

這種二氧化鈰基催化劑，主要由二氧化鈰及埃洛石兩種活性組分組構成，利用異相成核及自組裝原理，采用水熱法合成。即所述的二氧化鈰基催化劑包括作為載體的埃洛石以及負載在所述埃洛石上的二氧化鈰納米顆粒。本發明催化劑以埃洛石(HAT)作為載體，通過異相成核及自組裝作用負載二氧化鈰(CeO₂)納米顆粒。其活性組分主要是二氧化鈰納米顆粒和酸性埃洛石。