[發(fā)明專利]一種用于氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物協(xié)同凈化的改性錳基莫來石型催化劑、其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110154474.1
• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN113000046A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張登松;沈永杰;鄧江;李紅蕊;張劍平
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01J23/889;B01J35/10;B01J37/10;B01J37/08;B01D53/86;B01D53/56;B01D53/72
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發(fā)明涉及一種用于氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物協(xié)同凈化的改性錳基莫來石型催化劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于金屬氧化物納米粉體材料制備工藝領(lǐng)域。該方法所用原料易得，使用水熱法和表面酸刻蝕法制備了金屬摻雜的錳基莫來石型材料，再經(jīng)后續(xù)熱處理得到納米粉體催化劑。制備的催化劑粉體顆粒尺寸較小，材料孔分布微介孔。而且本發(fā)明制備工藝簡便快速，可重復(fù)性強(qiáng)，適合大規(guī)模生產(chǎn)。該催化劑在氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物協(xié)同凈化中具有較高的活性和穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金屬摻雜和表面刻蝕改性的錳基莫來石型催化劑的制備方法及其應(yīng)用，屬于金屬氧化物納米粉體材料制備工藝領(lǐng)域。制備的催化劑粉體顆粒尺寸可控制在納米級，材料孔分布基本可在微介孔范圍內(nèi)。該制備工藝簡便快速，適合大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明制備的催化劑在氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物協(xié)同凈化中具有較高的活性和穩(wěn)定性。

背景技術(shù)

垃圾焚燒發(fā)電排放的氮氧化物(NO_x)和揮發(fā)性有機(jī)化合物(Volatile OrganicCompounds，VOCs)已對人類健康和環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅。NO_x和VOCs會引起酸雨、光化學(xué)煙霧、低空臭氧、霧霾等影響生態(tài)環(huán)境和危害人體健康等環(huán)境問題。近年來，國家對于NO_x和VOCs的排放控制標(biāo)準(zhǔn)愈發(fā)嚴(yán)格，其有效治理迫在眉睫。因此對于垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)生的NO_x和VOCs的治理已成為國家改善大氣環(huán)境的重點(diǎn)之一。選擇性催化還原(SCR)是目前在垃圾焚燒、玻璃工業(yè)和發(fā)電廠中廣泛應(yīng)用的脫除NO_x的有效方法之一。對于特定的低溫?zé)煔猓瑧?yīng)根據(jù)不同的工況設(shè)計(jì)SCR催化劑。而對于VOCs的消除，與直接熱燃燒相比，催化氧化燃燒技術(shù)因其高效和無二次污染的特點(diǎn)成為VOCs治理的主要方法。無論是低溫SCR還是揮發(fā)性有機(jī)化合物的催化氧化，都要求催化劑具有高的氧化還原性能，而設(shè)計(jì)可以協(xié)同凈化NO_x和VOCs的催化劑能有效的降低污染治理的成本。

在現(xiàn)有的氮氧化物排放控制技術(shù)中，氨選擇性催化還原氮氧化物(NH₃-SCR)生成環(huán)境友好的氮?dú)夂退且讶〉妹黠@效果的氮氧化物凈化技術(shù)，并獲得了廣泛的應(yīng)用。商業(yè)上廣泛使用的負(fù)載型V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂(V-W(Mo)-Ti)催化劑在300～400℃具有近90％的氮氧化物轉(zhuǎn)化效率，但是其VOCs催化氧化性能較差。而對于VOCs的消除，用于商業(yè)化的催化劑主要是以鉑、鈀、釕等貴金屬作為活性組分制成的材料，在WO 0147634(2001)，US6625976(2003)等專利皆有報(bào)道。但因貴金屬耐受性差，資源稀缺，價格昂貴。綜上開發(fā)高效的非貴金屬催化劑是協(xié)同消除NO_x和VOCs污染的有效途徑。

錳基莫來石型(AB₂O₅)氧化物材料因其豐富可調(diào)的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的氧化還原能力而受到關(guān)注。CN103801288B專利文獻(xiàn)報(bào)道了一種氧化一氧化氮(NO)的SmMn₂O₅催化劑，該催化劑的NO氧化能力較高。CN110605114A專利文獻(xiàn)將SmMn₂O₅催化劑負(fù)載在各種載體上，并報(bào)道了用于NH₃-SCR的性能。CN110433794B專利文獻(xiàn)公布了一種通式為AM₂O_5-x的莫來石型催化劑作為催化VOCs燃燒的催化劑的應(yīng)用，該類型催化劑催化氧化各類VOCs的性能較為優(yōu)異。然而根據(jù)已公布的專利文獻(xiàn)來看，由于其NH₃-SCR的活性溫窗與VOCs催化劑降解的溫度窗口不匹配，因此無法應(yīng)用于兩者的協(xié)同去除。故對錳基莫來石型催化劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性，達(dá)到同時對NOx和VOCs的協(xié)同催化降解具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容