[发明专利]一种直接催化分解N2O催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直接催化分解N₂O的催化剂的制备方法，属于环境保护催化材料和大气污染治理技术领域。

背景技术

N₂O，是一种无色有甜味的气体，又俗称笑气，其能在大气平流层中稳定存在150年，且其增温潜能是CO₂的310倍，大气中N₂O的含量虽约仅为二氧化碳的9%。2009年8月份，美国一项最新研究显示，N₂O已经成为人类排放的首要消耗臭氧层物质。工业革命以来，大气中N₂O的含量持续增加，增长量为12.9%。主要来源于固定流化床设备燃煤烟气，硝酸生产过程，己二酸、尼龙等化工产品生产过程中排放的废气。因此，控制和消除工业生产产生的N₂O以引起过内外环保学者的重视。

催化分解N₂O的技术核心是催化剂，徐秀琴等发明了钴铝负载金催化剂（CN 101376107)，田雅敏等发明了二氧化硅和氧化铝载体上负载贵金属铑、钌、钯的催化剂（CN 1457271A）,二者在中低温都具有较好的催化分解N₂O的活性，但贵金属资源稀少、价格昂贵且抗毒性差。分子筛催化剂（如CN 1283132A，EP 0625369)，催化活性良好，但是容易受到H₂O、O₂等影响其催化活性；过渡金属氧化物型催化剂，催化活性较低，但廉价易得，且经过改性后可以提高其催化性能，因此过渡金属氧化物催化剂已经成为催化分解N₂O催化剂的研究热点。祝社民等发明了一种催化分解N₂O的过渡金属复合氧化物催化剂[CN 102489305]，以自制陶瓷为载体，负载过渡金属复合氧化物，所述过渡金属氧化物中氧化铜催化剂中总质量的1—15%、助催化剂选自氧化铈、氧化铁、氧化锆、氧化锌的一种后几种，占催化剂总质量的1—10%,在500℃能够完全分解N₂O为N₂和O₂,但是负载型过渡金属复合氧化物容易烧结，即热稳定性不足。徐华龙等（CN 102513117 A）发明的催化分解N₂O成O₂和N₂的催化剂为氧化铜与氧化铈组成的复合氧化物，分子通式为CuxCe1-xOy,0<x<1,1<y<2,铈原子进入氧化铜晶格形成协同作用，还进一步包括稀土金属、过渡金属、碱金属或碱土金属的辅助金属氧化物，制备的催化剂具有高效的催化活性和稳定性，在400℃时N₂O分解率即达到100%，该催化剂为非负载型复合金属氧化物，制成工业成型催化剂还存在一定距离。

发明内容

本发明目的是针对上述不足，提供一种廉价、催化性能良好、稳定性好，机械强度高的催化分解N₂O的催化剂的制备方法。

一种N₂O直接催化分解催化剂的制备方法，其具体步骤如下：

(1) 复合材料载体的制备

将粘土、活性炭、电木粉、田菁粉、特种拟薄水铝石粉、SiO₂、TiO₂、ZrO₂、沙土或高铝水泥中的两种或多种按照一定的质量配比加入到搅拌机中，搅拌15-120min,混合均匀，向其中加入胶溶剂，捏合15-120min,混合物料老化1-10h,挤出成型，外径为1-20mm的柱状、三叶草或五叶草形状，然后低温除水12-24h,接着80-150℃下烘干12-24h，随后放入马弗炉中程序升温分段焙烧，200℃以前，升温速率为1-10℃/min，200℃-400℃，升温速率为1-5℃/min,然后以2℃-10℃/min的速度升温至500-1000℃，焙烧4h，在炉内自然冷却至室温，制成复合材料载体；

(2) 第一层金属组分溶液的配制

按配比称取Cu(NO₃)₂.3H₂O、Zn(NO₃)2.6H₂O、Ni(NO₃)2.6H₂O与水混合均匀，配成溶液；

(3) 第一层金属组分溶液的浸渍和焙烧