[发明专利]一种用于常温催化脱除低浓度氮氧化物的催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于常温下脱除低浓度氮氧化物的催化剂及其制备方法和应用，该催化剂为钴锰二元氧化物，所述催化剂中钴与锰的摩尔比为1:(0.3～3)。本发明首次选用常见的无机锰盐与钴盐作为原料，通过溶剂热及后续热处理法制备得到多孔的纳米线状钴锰二元氧化物，并以其作为催化剂，用于常温脱除低浓度氮氧化物。该催化剂常温下能够高效脱除低浓度氮氧化物，在25℃对浓度为10ppm的NO在初始几小时内能够完全脱除，达到稳定后对低浓度的NO催化氧化成NO₂的转化率可达30％以上。本发明还包括所述常温脱除氮氧化物的催化剂制备方法，涉及的制备工艺简单、原料价廉、生产成本低、环境友好，适合推广应用。

技术领域

本发明属于催化领域，具体涉及一种用于常温催化脱除低浓度氮氧化物的催化剂。

背景技术

人类活动产生的NO_x绝大部分(95％)来源于机动车(49％)和燃煤发电厂(46％)。近年来，为应对剧增的机动车，缓解交通和解决停车问题，修建了大量的道路隧道和地下停车场。在这些半封闭空间内，机动车排放的尾气不能及时散发而累积，导致这些空间内的氮氧化物浓度可高达十几ppm(其中90％是NO，其余为NO₂)，远高于环境空气NO_x标准(200ug/m³，GB3095—2012)，极大地危害司机和行人的健康。

NO在常温常压下是超临界气体(Tc＝180K)，沸点和在水中的溶解度极低，不能仅通过碱液吸收或微孔材料吸附去除，而以这两种方法能容易地脱除NO₂，因此将NO氧化为NO₂，然后通过吸收去除是常温下脱除低浓度NO行之有效的方法。然而对于低浓度NO，常温下很难将其氧化为NO₂。研究表明当NO浓度低于0.1％的时候，反应速率急剧降低；当NO浓度低至20ppm，无催化材料时，NO的氧化反应基本停止。上述半封闭区域条件下的NO化学性质十分稳定，必须采用高效催化材料才能实现低浓度NO的催化脱除。

现有脱硝技术主要针对NO_x排放源头包括移动源和固定源的治理，如采用选择性催化还原(SCR)法在较高温度下(>200℃)以NH₃为还原剂对汽车和锅炉尾气排放的高浓度NO(几百ppm及以上)还原为N₂。显然，SCR技术很难应用于上述半封闭区域区域内NO_x的去除。

中国专利CN103406122A公开了一种低温同时脱除烟气中氮氧化物和一氧化碳的催化剂，由活性组分和活性炭载体组成，活性组分为氧化铜或/和氧化亚铜，活性组分的含量优选占催化剂总量的5～15％；该催化剂在225℃单独脱除氮氧化物的脱除率达到97％；在250℃同时脱除氮氧化物和一氧化碳的脱除率分别达到94％和88％。中国专利CN102441406A公开了一种磷酸铈催化剂，其中铈与磷的摩尔比为1:1～1.3，载体为锐钛矿型二氧化钛、氧化铝或ZSM-5分子筛。该催化剂在200～500℃范围内的NO脱除率均在90％以上。

可见，目前国内外已经报道的低温催化剂虽然脱除率较高，但催化剂的温度远远高于常温条件，且氮氧化物的浓度远高于大气中的浓度，完全不可能适用于封闭或半封闭空间内气体中氮氧化物的脱除。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种活性高、稳定性好、常温条件下能够高效脱除半封闭或封闭区域内的低浓度氮氧化物的催化剂，该催化剂可以在常温下高效脱除低浓度氮氧化物，有其在初始几小时内NO脱除率高达100％；同时涉及的制备方法简单，生产成本低，重复率高，具有重要的实际应用价值。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于常温催化脱除低浓度氮氧化物的催化剂，它为纳米线状多孔钴锰氧化物(CoMn_xO_y)，其中钴元素与锰元素的摩尔比为1:(0.3～3)。