[发明专利]一种催化氧化亚氮分解的钴铁双金属催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及氧化亚氮(N₂O)催化分解催化剂及其制备，属于多相催化技术及其环境保护领域，具体来讲是一种治理大气污染，特别是治理硝酸厂及己二酸厂尾气污染的催化剂及其制备方法。

背景技术

N₂O是一种无色、有微弱甜味的气体，对人体并不具有明显毒性。吸入少量使人的神经兴奋，引起发笑(因此俗称笑气)；吸入较大量则可使人失去知觉，有时用它作为轻微手术的麻醉剂。目前N₂O已经被广泛应用到电子工业与医学领域，以及半导体器件制造、压力包装和食品工业等领域。由于N₂O性质稳定，对人体没有明显毒害作用，长期以来都没有被看作是污染气体，因而没有得到各界的重视。自然活动和生产过程中产生的N₂O一般都不加限制地排入大气。然而近十几年来的研究表明，N₂O不仅能严重破坏臭氧层，而且具有很强的温室效应。至此，N₂O对环境的危害引起了人们的广泛重视。N₂O是《京都议定书》规定的6种温室气体(CO₂，N₂O，CH₄，HFC，PFC，SF₆)之一。一般认为，目前大气温室气体成分中N₂O对于地球变暖的贡献程度仅次于CO₂和CH₄。并且，N₂O在对流层中非常稳定，平均寿命长，其全球变暖潜能值分别是CO₂的310倍，CH₄的15倍。据报道N₂O在大气中的背景浓度由工业革命前的270ppb增加到2000年的316ppb，每年以0.2-0.3％的速率增长。并且研究发现人类活动是造成大气N₂O浓度增加的主要原因，其中排放N₂O最主要的工业源包括硝酸、己二酸等脂肪酸生产、化肥生产和用硝酸为氧化剂的工业过程。因此，研究能够高效脱除硝酸和己二酸等生产过程中产生N₂O的技术和方法具有重要的现实意义。

N₂O催化直接分解技术是将N₂O在催化剂的作用下直接分解为N₂和O₂。由于该方法简单，费用低，不需要加入还原剂，被认为是消除N₂O的理想方法。目前催化N₂O分解的催化剂主要包括金属氧化物催化剂，如MnO_x/MgO等(US 5705136)；水滑石衍生复合氧化物，如Rh_0.01Mg_0.71Al_0.28O_1.145(EP 1262224B1)等；尖晶石结构复合氧化物，如CuAl₂O₄(US6723295B1)等；改性分子筛催化剂，如Co-ZSM-5(US 5171553)。其中离子交换钴分子筛催化剂由于其高N₂O分解活性和抗中毒性(NO、O₂、H₂O)等优点，在治理硝酸或己二酸等生产过程排放的N₂O尾气方面具有非常高的应用价值和研究意义。尤其是在作者前期的研究中发现离子交换法制备的钴负载的丝光沸石分子筛(Co-MOR)催化剂具有非常高的催化N₂O分解活性(高于Co-ZSM-5)，并且活性在其他气体存在下依然保持很高。但是Co-MOR催化剂离子交换度仍然不能达到100％，残留的羟基质子会造成催化剂在有水存在下失活，稳定性需要进一步提高。另一方面，Fe分子筛由于具有非常高的抗中毒(SO₂和H₂O等)和优异的稳定性，也被广泛应用于N₂O催化分解反应；但是其活性低于Co分子筛。因此本发明通过两步离子交换法，先后将Co和Fe二种金属引入到分子筛，结合Fe离子高稳定性和Co离子高活性的特点，制备了具有更高催化活性和稳定性的Co、Fe双金属负载的MOR分子筛催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于工业源排放氧化亚氮消除的钴铁双金属负载的丝光沸石分子筛催化剂(CoFe-MOR)及其制备方法。