[发明专利]一种光助NO生成氨的Pd/四氧化三铁催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种光助NO生成氨的Pd/四氧化三铁催化剂及其制备方法与应用，其是将Pd纳米粒子负载在具有光吸收的Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;载体上，制得了所述负载型Pd催化剂。通过引入紫外光，利用光热耦合作用实现了Pd/Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;催化剂在低温下优异的CO和NO转化率及NHsubgt;3/subgt;选择性。而传统的热催化反应通常要在较高温度才能有较好的活性和选择性。对于Pd/Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;催化剂，同等条件下加光能够显著提高CO和NO的转化率和NHsubgt;3/subgt;的选择性，且与传统合成氨所需的高温高压条件相比，大大降低了反应所需的能耗。而Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;中Fesupgt;2+/supgt;和Fesupgt;3+/supgt;之间的变价交替也有利于催化剂表面氧空位的循环。制备方法简单可行，更有利于推广应用。

技术领域

本发明属于环境保护及空气净化领域，具体涉及一种以四氧化三铁为载体的Pd催化剂及其制备方法和应用，Pd/Fe₃O₄催化剂可通过光热耦合作用对CO+NO+H₂O表现出较好的催化反应性能。

背景技术

过去几十年来环境污染如酸雨问题、温室效应、臭氧层空洞问题和水质污染等，这不仅给我们的生活、环境造成了极大的危害，同时对人体的健康也带来了不可忽视的伤害。而大气自我净化能力已不足以降解汽车尾气和工业尾气，因此，解决汽车尾气和工业尾气污染，还人类一个洁净的环境已迫在眉睫。

尤其是近几年来，汽车数量的大量增长导致了污染物排放的增加，主要有CO、CO₂、NO、NO₂、碳氢化合物和含铅及硫氧化合物，但是碳氢化合物会被空气中的氧气发生催化氧化生成CO₂和H₂O。因此，在汽车废气中常常会有大量的水蒸气。

在有水的存在下，对催化CO+NO反应时势必会有NH₃的产生，而NH₃具有较高的氢重量密度（17.6 wt%），它有潜力用作可再生能源应用的氢载体，NH₃也可以用于脱硝工艺将NO_X物种还原为N₂。此外，传统的合成氨工艺需要在高温高压下行，需要大量的能耗。因此开发一种将NO_X转化为NH₃的工艺成为必然，即：

NO+2.5CO+1.5H₂O → NH₃+2.5CO₂ ∆H(298.15K)=- 414.86KJ/mol

该反应条件是在中低温下进行的，相比于传统的合成氨工艺来说，能耗和成本都更低。

目前，治理汽车排气污染的技术手段主要可分为三类：一是机内净化技术，如燃油品质改善，曲轴箱强制通风系统，燃油蒸发回收系统，燃烧系统、供油系统和点火系统的改造，废气再循环，排气管内喷射二次空气，高能点火与稀薄燃烧等；二是机外净化，主要是在发动机机体外的某些方面进行处理，以达到降低汽车尾气排放的目的，就目前机外净化技术的发展情况而言，主要研究的方向是对汽车尾气的催化净化；三是使用清洁的替代燃料，如天然气、液化石油气或电能等。

机内净化技术，最为广泛的是使用汽车尾气的催化净化装置，其一般安装在汽车排气系统中，采用催化原理来净化汽车尾气中的一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物等有害物质。

通过在汽车尾气中装置催化剂，以此来去除尾气中的CO、NO等有毒物质。因此催化剂的选择对氮氧化物和一氧化碳等有害物质的去除效果尤为重要。目前去除汽车尾气中的催化剂一般是三效催化剂，主要包括载体和活性组分。一般活性组分是贵金属Pd、Pt、Rh等，可是三效催化剂容易中毒发生失活，且贵金属资源匮乏、成本高。