[發明專利]一種用于尿素水解的催化劑及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202010555548.8
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111760564A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 鄭淑芬;金偉;張建軍;楊小雪
• 申請（專利權）人: 河北深思新材料技術有限公司
• 主分類號: B01J21/16
• 分類號: B01J21/16;B01J23/10;C01C1/08
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 陳征

本發明涉及尿素水解技術領域，尤其涉及一種用于尿素水解的催化劑及其制備方法與應用。所述催化劑包括電氣石粉和稀土金屬氧化物；所述稀土金屬氧化物為TiO₂和/或CeO₂；所述電氣石粉和稀土金屬氧化物的質量比為5～10：6～11。本發明提供的催化劑能夠有效降低尿素(尤其是工業燃燒尾氣脫硝用尿素)的水解溫度，減少能量消耗，節約能源；并進一步提高尿素的水解速率。

技術領域

本發明涉及尿素水解技術領域，尤其涉及一種用于尿素水解的催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

氮氧化物(NO_X)是造成大氣污染的主要污染源之一，給生產活動和自然環境帶來嚴重危害，該危害主要表現在以下三個方面：①NO_X對人體具有直接危害；過量吸入NO_X可使機體迅速處于缺氧窒息狀態，引起大腦受損，產生中樞神經麻痹和痙攣；②NO_X對人體具有間接危害；NO_X與碳氫化合物(HC)共存于大氣時，在紫外線的照射下發生光化學反應，生成毒性很大的光化學煙霧；光化學煙霧使人體出現眼睛和咽喉疼痛、咳嗽、惡寒、呼吸困難以及麻木痙攣、意識喪失等癥狀，死亡率大大增加；③NO_X對生態環境具有較大危害；NO_X可以與大氣中的水反應生成硝酸，形成酸雨。鑒于NO_X對大氣污染的嚴重性，開發用于工業燃燒尾氣脫硝技術迫在眉睫。

現有技術中通常采用尿素作為還原劑來處理工業燃燒尾氣中的NO_X。目前，從尿素中制備氨的方法包括尿素熱解制氨法和尿素水解制氨法，相比于尿素熱解制氨法，尿素水解制氨法更加經濟適用。尿素水解制氨法，即將一定濃度的尿素溶液在特定溫度和壓力條件下進行水解，生成氨、二氧化碳和水蒸氣的氣相形式混合物。然而，由于尿素的水解反應是一個強吸熱過程，因此在水解反應過程中需要大量的熱量；也就是說，若尿素在水解過程中，熱量供給不足，則會直接導致尿素的水解速率下降。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供一種用于尿素水解的催化劑；該催化劑能夠有效降低尿素水解的活化能，從而降低尿素水解的溫度，減少尿素水解過程中的能量輸入，提高尿素水解的速率。

具體而言，所述催化劑包括電氣石粉和稀土金屬氧化物；所述稀土金屬氧化物為TiO₂和/或CeO₂；

所述電氣石粉和稀土金屬氧化物的質量比為5～10：6～11。

本發明意外發現，將電氣石粉與稀土金屬氧化物(TiO₂和/或CeO₂)按照上述質量比復配后，所得催化劑能夠有效降低尿素水解的活化能，減少尿素水解過程中能量供給，使尿素在較低溫度的環境條件下，即可實現高效水解。

此外，本發明還進一步發現，當所述電氣石粉的粒徑為0.5～1.0μm時，其自發極化效果最好，能充分作用于尿素水解過程中的化學鍵，催化劑的效果更佳；

當所述稀土金屬氧化物的粒徑為100～500μm時，在保證催過效果的同時充分與尿素接觸，催化劑的效果更佳。

然而，本發明在實際應用中發現，在尿素水解過程中，加入由電氣石粉與稀土金屬氧化物(TiO₂和/或CeO₂)組成的催化劑后，雖然能夠一定程度上降低水解溫度、促進水解速率，但是水解反應仍然需要大量的熱量輸入；究其原因、發現，催化劑的分散性較差。

本發明進一步發現，向催化劑中混入黏土礦物和表面活性劑可以克服催化劑分散性較差的問題；具體地，所述催化劑還包括黏土礦物和表面活性劑。

本發明還進一步探究了黏土礦物和表面活性劑的最優組分(將所有優選技術方案組合即可得到本發明的最佳技術方案)，具體如下：