[發明專利]一種基于稀土摻雜ZIF-8納米多孔碳催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201911393908.2
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111203205B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 王光應;梁燕;趙羽;崔鵬
• 申請（專利權）人: 安徽元琛環保科技股份有限公司;合肥工業大學
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01J37/08;B01J35/10;B01J37/02;B01J23/34;B01D53/86;B01D53/56
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 葉濛濛

本發明公開一種基于稀土摻雜ZIF?8納米多孔碳催化劑的制備方法，涉及環保催化材料領域，基于現有的脫硝催化劑的抗硫性和低溫催化性能差的問題提出的。本發明以ZIF?8為前驅體，在其孔道內浸漬稀土金屬鹽，惰性氣體下熱處理，使得ZIF?8形成納米多孔碳，同時稀土鹽轉化為氧化物附著于多孔碳內部，得到稀土氧化物修飾的納米多孔碳(NPC)，隨后與納米級γ?Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;經研磨充分混合得到復合載體，最后浸漬負載MnOsubgt;x/subgt;活性組分獲得目標催化劑。本發明還公開了一種基于稀土摻雜ZIF?8納米多孔碳催化劑的應用。本發明的優點在于：該催化劑在低溫條件下具有優良的NOsubgt;x/subgt;脫除效率，150℃脫硝效率達到95％，特殊的復合結構提高了催化劑的整體比表面和耐SOsubgt;2/subgt;中毒性能。

技術領域

本發明涉及環保催化材料領域，具體涉及一種基于稀土摻雜ZIF-8納米多孔碳催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

目前，商業上廣泛使用的煙氣脫硝催化劑主要是釩/鈦系催化劑，其在300～400℃之間擁有良好的脫硝性能。但是，此類催化劑的活性組分釩有毒性，對人和環境產生危害，且易將煙氣中的SO₂轉化成SO₃，SO₃會與其他其他物質形成硫銨鹽，覆蓋活性位點、堵塞催化劑通道，加速催化劑失活。此外，釩/鈦系催化劑的低溫活性較差，針對目前許多非電行業實際的中低溫(150～300℃)工況，很難完全發揮其催化性能。因此，急需開發無毒具有高抗硫和優良低溫催化性能的新型催化劑。

金屬錳基氧化物催化劑由于其具有優異的氧化還原性能和低溫脫硝活性，成為了無釩低溫脫硝催化劑領域的研究熱點。但是，錳基催化劑仍然存在許多問題，如抗SO₂中毒性能差，低溫NH₃-SCR脫硝的機理研究不夠深入等。這也是制約其工業化運用的重要原因之一。因此，許多研究也在致力于提高抗Mn基催化劑的抗SO₂和H₂O性能。例如，許多研究者將稀土元素摻雜或復配至Mn基催化劑中，利用稀土元素特殊的高氧容量和優異的氧化還原性等優點進一步提高了Mn基催化劑的性能。

金屬有機骨架材料(MOFs)是一種新型的具有多孔結構的功能材料，擁有高比表面積，可調孔徑和晶格有序等特點，常被用作載體實現活性物種的包埋或負載。ZIF-8是MOF材料中很具代表性的一種，其比表面積大，熱穩定性好，其應用領域包括氣體吸附、分析，儲氫和催化等。ZIF-8經碳化后形成了一種高比表面積多孔碳，其中含有不同比例的微孔、介孔和大孔，將該結構應用于低溫脫硝催化劑中，為改善催化劑的表面結構和耐毒化能力提供可能。另一方面，γ-Al₂O₃具有良好的熱穩定性、較高的比表面積和酸位，有利于氮的吸附，是NO催化氧化的理想載體之一。

專利WO2017035848A1公開了一種煙氣脫硝催化劑及其制備方法，所述的煙氣脫硝催化劑以TiO₂復合Al₂O₃、二氧化硅、BaO或ZrO₂中的一種或多種為載體，以玻璃纖維為骨架，以鎢、鉬、鐵、鈰、鈮或錳中的一種或多種為活性組分。該技術存在的缺陷如下：脫硝的效率最高僅達到92.6％，脫硫效率較差，SO₂的抗氧化率差。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種具有優良的NO_x脫除效率和抗SO₂中毒的基于稀土摻雜ZIF-8納米多孔碳催化劑的制備方法。

本發明是采用以下技術方案解決上述技術問題的：