[发明专利]一种用于净化氮氧化物的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米催化应用领域，具体涉及一种铝土矿应用于汽车尾气和工业废气中氮氧化物的净化。

背景技术

氮氧化物是大气环境的主要污染物之一，容易导致酸雨和光化学烟雾，对人体和植物造成损害，并且参与臭氧层的破坏。其来源主要包括活动源(机动车排放的尾气)和固定源(发电厂、煤燃烧的废气)两部分。

目前氮氧化物净化催化剂主要有三部分组成，即催化剂载体、活性涂层和催化活性组分。为了提高催化剂的性能，常在活性涂层和催化活性组分中加入少量的稀土氧化物和碱土金属氧化物作为助剂。催化剂载体通常有球状和蜂窝状两种。球状载体的制备简单、成本较低、比表面积高，但机械性能不理想、气流阻力大，实际应用时有不少难以克服的困难。国内对它的研究比较多，但国外的研究和实际应用的很少。我国汽车尾气的净化主要使用达到了欧IV水平的三元催化剂，该催化剂采用陶瓷蜂窝状材料或金属作为基体，将高比表面、多孔状的Al₂O₃以及CeO₂-ZrO₂组分涂层在堇青石载体上，活性组分为Pt-Pd-Rh，但是该类型催化剂在富氧条件下对氮氧化物净化效果不佳。在国外，1994年日本Toyota公司首先提出了氮氧化物的储存-还原技术，简称NSR。NSR法目前被认为是氮氧化物净化最有前景的技术，该法使用Pt/Ba/Al₂O₃作为催化剂，其在日本已经工业化生产。但日本市场上的燃料无硫，而国内的一些燃料含硫量较高，因此发动机在贫燃过程排放的尾气中含有少量的SO₂，其浓度随着燃料中硫含量以及空燃比的变化而在4-150ppm的范围内变化，这容易导致催化剂中的碱金属或碱土金属与SO₂结合而生成高温下难分解的难熔物，如BaSO₄，K₂SO₄等，使催化剂中毒而失去活性，因此Pt/Ba/Al₂O₃催化剂在国内实际应用中受到限制。

目前氮氧化物净化研究的热点和前沿是寻找新的催化剂载体或改变原有载体以提高催化剂的热稳定性和抗SO₂中毒能力上。氮氧化物净化常用载体有Al₂O₃，CeO₂-ZrO₂等氧化物或复合氧化物，但它们对氮氧化物净化的综合效果并不是很理想。铝土矿具有极好的氮氧化物净化的品质，它的气孔发育、透气性较好，含有的少量铂以及铝、铁、钛等成份有利于氮氧化净化和抑制SO₂中毒，并且成本很低。目前还没有铝土矿用于氮氧化物净化的相关文献和专利报道。

发明内容

本发明提供了一种催化活性高，抗SO₂中毒能力强的氮氧化物净化催化剂。

本发明提供的氮氧化物净化催化剂，其特征在于：该催化剂包括铝土矿载体和负载在铝土矿载体上的Cu、Co、Ni、Mn等过渡金属离子或少量的Pt、Rh、Pd等贵金属中的一种或多种组分。

所述的用于氮氧化物净化的铝土矿载体，具体成分包括Al₂O₃，Fe₂O₃，SiO₂，TiO₂，CaO和Pt，其含量见下表1：

表1等离子发射光谱和X-射线荧光光谱测试的铝土矿成分

所述处理后的铝土矿，其特征在于：改性后铝土矿在液氮温度为-196℃下利用氮气吸附/脱附测试比表面积为100-183m²/g，选用153m²/g。

所述用于氮氧化物净化的催化剂，其特征在于：该催化剂采用Li、Na、K等碱金属或Mg、Ca、Ba、Sr等碱土金属中的一种或多种为助剂，选用：K，Ba。

所述活性组分选为Cu、Co、Ni、Mn等过渡金属离子，不添或只添加少量的Pt、Rh、Pd等贵金属。所述的活性组分含量为催化剂总重量的1-10％，选用1-2％。

所述催化剂含有相对于催化剂总重量的10-30％碱金属或碱土金属，选用16-20％。