[发明专利]一种使用活性炭负载氧化铜复合催化剂吸附含氮氧化物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种活性炭负载氧化铜的催化剂的制备方法及其在处理含氮氧化物方面的应用。

技术背景

氮氧化物是含氮氧化物的总称。氮氧化物包括：氧化亚氮(N₂O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)、三氧化二氮(N₂O₃)、四氧化二氮(N₂O₄)、五氧化二氮(N₂O₅)。通常所指氮氧化物是一氧化氮和二氧化氮为主要成分的混合气体，用NOx表示。

工业生产中产生的氮氧化物(NOx)是一种非常有害的大气污染物，这类废气对人体有致毒作用，主要影响呼吸系统，可引起支气管炎和肺气肿等疾病；形成酸雨、酸雾，污染土壤、损害植物；与碳氢化合物形成光化学烟雾，同时对臭氧层造成严重的破坏等，因而如不对其加以处理直接排入大气中，将给自然环境和人体健康带来严重危害。人类活动产生的氮氧化物主要来源于两个方面：(1)含氮化合物的燃烧；(2)亚硝酸、硝酸及其盐类的工业生产及使用。据美国环保局估计，99％的NOx产生于含氮化合物的燃烧，如火力电厂煤燃烧产生的烟气、汽车尾气等。在亚硝酸、硝酸及其盐类的工业生产及使用过程中，由于它们的还原分解，会放出大量的NOx，其局部浓度很高，处理困难，危害大。

目前人们所使用的NOx净化技术主要有选择性催化还原(SCR)法，液体吸收法、物理吸附法等，其中以NH₃为还原剂的SCR法是目前工业NOx脱除应用最广的方法，已经广泛用于电厂、燃气锅炉、化工厂烟气脱硝净化。但是该技术也具有一定的缺点，一是投资及运行费用较高；二是所用催化剂均为含钛、钒、钼、钨、铂和钯等贵金属的金属催化剂，催化活性不高、易中毒，而且制备成本较高；三是还原剂NH₃与NOx的反应计量比必须严格控制，否则未反应的NH₃还会对大气环境造成二次污染。液体吸收法净化效果较差，吸收废气后的溶液不易处理，容易造成二次污染。物理吸附法中吸附剂的吸附容量小，易饱和，饱和后的吸附剂需要专门的再生设备，应用有一定局限性。

近年新出现一种利用碳质固体还原废气中的NOx的方法，属于无触媒非选择性还原法。清华大学所做的实验结果表明，在温度为650～850℃时，NOx能够被核炭、无烟煤、焦炭等碳质固体还原，在所研究的NOx浓度下，还原率在99％左右。反应方程式如下：

①C+2NO→CO₂+N₂；②C+NO→CO+1/2N₂；③C+NO₂→CO₂+1/2N₂；

④C+1/2NO₂→CO+1/4N₂

但是由于发生还原反应的温度过高，影响了碳质固体的反应活性和反应稳定性，NOx的反应转化率反应随时间的延长而急剧下降，实际应用效果不好。

发明内容

为避免现有技术的不足，本发明提出用活性炭作为碳质固体，同时负载氧化铜作为催化剂进行还原反应脱除NOX，氧化铜的加入促进了碳表面活性中心与表面氧物种反应生成CO₂和CO，由此大大降低了还原反应发生的温度，提高了碳质固体的反应活性和反应稳定性。同时与选择性催化还原法(SCR)相比，其优点是不需要价格昂贵的贵金属催化剂，避免了催化剂中毒所引起的问题；另外本发明所用碳质固体为活性炭，价格比较便宜，来源亦广，适于大规模推广应用。

本发明的技术方案为：

一种使用活性炭负载氧化铜复合催化剂吸附含氮氧化物的方法，包括以下步骤：

(1)将活性炭负载氧化铜复合催化剂放入石英管固定床反应器中，反应空速GHSV＝10000～20000h^-1，反应气NO浓度为0.1～0.3％，氮气为稀释气，常压进气；

(2)活性炭还原含氮氧化物采用两种方式之中任一进行：以3℃/min从100℃程序升温至600℃；或者450℃恒温反应；用饱和NaOH溶液吸收尾气。

(3)反应原料气及产物由两台气相色谱仪进行在线分析。

所述的催化剂为活性炭负载氧化铜复合催化剂，催化剂的负载量即CuO与活性炭的质量百分比为1.0～25％。

所述的活性炭负载氧化铜的催化剂的制备方法，包括如下步骤：