[發明專利]錳鐵復合氧化物基整體式脫硝催化劑、制備方法

在審

• 申請號: 202010380948.X
• 申請日: 2020-05-08
• 公開（公告）號: CN111530471A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 蔡思翔;張登松;姚荷艷;邱學武;徐托雨;李悅;李澤宇
• 申請（專利權）人: 海南大學
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01J35/02;B01J37/08;B01D53/86;B01D53/56
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

本發明屬于大氣污染治理技術和環境保護中氮氧化物凈化技術領域，公開了一種錳鐵復合氧化物基整體式脫硝催化劑、制備方法，將一定摩爾比的錳鹽、鐵鹽和配體超聲溶解于混合溶液中，與處理后的金屬載體一起進行水熱處理；煅燒、隨爐冷卻制得一種呈納米棒狀金屬有機框架衍生的錳?鐵復合氧化物基整體式脫硝催化劑。本發明利用活性組分間及其與載體間的強相互作用使催化劑呈現出較強的低溫催化活性、抗水性和穩定性，所制備的催化劑具有良好的界面結合力，不易在催化過程中發生團聚脫落，實現對產物組分、形貌結構、晶型的設計性調控，充分發揮催化劑的催化潛力；可以用于垃圾焚化爐、水泥爐窯和玻璃爐窯等排放煙氣的處理。

技術領域

本發明屬于大氣污染治理技術和環境保護中氮氧化物凈化技術領域，涉及一種錳鐵復合氧化物基整體式脫硝催化劑的制備方法，尤其涉及一種金屬有機框架衍生的錳-鐵復合氧化物基整體式脫硝催化劑、制備方法。

背景技術

氮氧化物(NOx)是主要的大氣污染物之一，過量的氮氧化物排放不僅會引起光化學煙霧、酸雨和臭氧層空洞等環境問題，而且會對人類健康造成一定的危害。氨選擇性催化還原(NH₃-SCR)是目前國內外應用最為廣泛的脫硝技術，該技術的核心是催化劑。V₂O₅-WO₃/TiO₂以其優異的NO轉換效率和高抗硫特性成為目前應用最為廣泛的商業脫硝催化劑。但其仍然存在反應溫度窗口窄(300-400℃)、反應溫度高和由V物種的生物毒性導致的二次環境污染等問題。因此，研究同時具有低溫催化活性和環境友好性等優點的脫硝催化劑具有至關重要的意義。

錳氧化物(MnOx)具有極強的低溫催化活性和良好的環境友好性，被認為是最有可能代替釩基催化劑的。但是其抗硫性、氮氣選擇性和結構穩定性仍不能滿足應用需求。為解決此問題，學者們對錳基催化劑進行了一系列的改性研究。美國密歇根大學Qi等人利用鐵氧化物對MnO₂/TiO₂催化劑進行摻雜，并發現鐵氧化物的加入能夠有效提升催化劑的催化活性、N₂選擇性，并降低SO₂的毒化作用。南京大學董林等人利用CTAB輔助合成法制備了FeMnTiO_x脫硝催化劑，并認為催化劑表面結晶狀態、氧化還原性及表面活性組分分散度是影響催化劑催化活性及抗硫性的主要因素。

在實際應用中，顆粒狀的催化劑必須負載在成型的載體進行使用以避免催化劑流體阻力大，易被粉體堵塞使得反應無法正常進行。目前常用的載體為活性炭和蜂窩陶瓷。但其傳質傳熱能力仍有待提高。中國專利CN101444727A公布了以浸漬負載，擠出成型和控溫煅燒后合成整體式蜂窩催化劑的方法。采用二次涂覆的方法制備整體式催化劑無法實現活性組分與載體間的強相互作用，使得催化劑在使用過程中容易出現脫落現象。除此之外，二次涂覆步驟繁瑣，成本較高，不利于實際應用。

綜上所述，現有整體式脫硝催化劑技術存在的問題是：現有技術受傳統制備、負載方法的限制無法實現活性組分在載體上的較大覆蓋與包覆，二次負載的方法步驟繁瑣，成本較高。除此之外，采用傳統方法制備的催化劑在實際使用過程中常常出現脫落現象。

解決上述技術問題的難度：尋找具有良好傳質傳熱性能、強機械強度及形態可設計的載體具有一定難度，能實現活性組分在在載體表面更多的包覆、活性組分與載體強相互作用的合適的制備方法的設計也有一定難度。

解決上述技術問題的意義：首次以金屬有機框架為前驅體制備更接近實際應用的具有良好低溫活性的整體式脫硝催化劑。MOF前驅體的選擇實現了催化劑活性組分在載體表面較大的包覆，原位生長的方法實現活性組分與載體間的強相互作用，金屬基載體的選擇實現了使用過程中良好的傳質傳熱性能。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種由金屬有機框架衍生的錳鐵復合氧化物基整體式脫硝催化劑、制備方法，該催化劑可用于垃圾焚化爐、水泥爐窯和玻璃爐窯等固定源的尾氣脫硝處理。