[发明专利]一种用于NOx脱除的杂多酸修饰的纳米环复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种用于NOx脱除的杂多酸修饰的纳米环复合材料的制备方法，首先利用微波辅助的水热反应方法制备分散性较好的氧化铁纳米环材料，然后借助机械化学研磨过程制备杂多酸修饰的氧化铁纳米环复合材料。从而在有效保护杂多酸结构稳定的同时，提高其比表面积及负载量，使催化剂获得良好的中高温活性和抗SO₂中毒特性。步骤简单、操作方便、实用性强。

技术领域

本发明属于大气污染物控制技术领域，特别涉及一种用于NOx脱除的杂多酸修饰的纳米环复合材料的制备方法。

背景技术

氮氧化物(主要包括NO和NO₂)是一种污染性极强的气体污染物，其天然来源包括森林或草原火灾中植物体的焚烧、大气中氨的氧化、土壤和动物排泄物中微生物的硝化作用等。人类生产活动造成的NOx源主要包括化石燃料的燃烧，包括热电厂等煤炭的燃烧和机动车中燃油的燃烧等。人类活动产生的尤其是来自于工厂烟气和机动车尾气中的氮氧化物是大气污染物NOx的主要来源。NOx危害极大，会造成酸雨、臭氧空洞和光化学烟雾，甚至还会损害人体神经系统和呼吸系统，对人类健康造成极大威胁。因此，NOx是必须脱除的环境污染物之一。目前，NOx的脱除工艺分为湿法和干法两种。湿法主要是指氧化吸收法，用氧化剂将NO氧化成NO₂，再通入溶液进行吸收，包括水吸收法，酸吸收法和碱吸收法。这种方法适于处理少量的烟气，用水量较大且会产生一定的水污染，因而在实际燃煤工业等产业中很少使用。干法是指使用活性炭、金属氧化物等材料对NOx进行吸附或转化，进而达到脱硝目的，主要包括直接分解法、选择性性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR和电子束法。SCR是干法烟气脱硝的主要技术方法，也是目前最为成熟的烟气脱硝技术，在世界范围上得到了广泛的应用。

以尿素或者NH₃为还原剂的NH₃-SCR技术是目前应用于工厂烟气和机动车尾气中NOx治理的常用方法。但市场化的钒系催化剂存在高温下水热稳定性差、选择性低、易SO₂中毒等缺陷，严重影响了脱硝效果。更为重要的是钒系催化剂高温下挥发产生的钒物种具有生物毒性，对生态和人体健康都会产生不良影响。而Pd、Pt等贵金属催化剂尽管具有较好的脱硝性能，但其成本高成为限制贵金属催化剂发展的主要障碍。因此开发具备良好水热稳定性的和抗二氧化硫中毒特性的环境友好的低成本催化剂成为目前NOx治理流域亟待解决的一大难题。

氧化铁具有较好的水热稳定性，成本低廉其原料易得，关于氧化铁作为SCR反应活性组分的报道也屡见不鲜。此外氧化铁作为一种环境友好的材料，不会对环境造成二次污染，这也是它可以吸引人们主要的一个重要原因。但是，高温脱硝活性低、易受SO₂中毒限制了铁系催化剂的发展。

杂多酸作为一种多金属氧酸盐，由杂多阴离子、反荷阳离子和结晶水组成，因其独特的氧化还原性、较强的布朗斯台德酸性和拟液性等特性受到研究者的广泛关注。杂多酸作为一种固体酸，具有反应活性高，受腐蚀率低，不易污染等优点，属于环保型绿色催化剂，在催化、制药和材料等领域得到了广泛的应用。由于其比表面积较小，且高温易于烧结，因此将杂多酸通过适当方法负载到合适的载体上能最大限度地发挥杂多酸的催化性能和酸性。杂多酸用作氮氧化物吸附剂及之NOx直接催化分解方面的应用已经成为烟气脱硝的一个重要方向。然而，利用杂多酸的氧化还原性和抗SO₂中毒特性将其用于NH₃-SCR反应的促进剂和抗中毒保护剂的研究目前仅有少数研究报道。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种杂多酸修饰的氧化铁纳米环复合材料的制备方法，首先利用微波辅助的水热反应方法制备分散性较好的氧化铁纳米环材料，然后借助机械化学研磨过程制备杂多酸修饰的氧化铁纳米环复合材料。从而在有效保护杂多酸结构稳定的同时，提高其比表面积及负载量，使催化剂获得良好的中高温活性和抗SO₂中毒特性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：