[发明专利]一种用于氮氧化物脱除的催化材料及制备方法

说明书

技术领域

发明涉及一种氮氧化物脱除用催化材料及制备方法。

背景技术

]氮氧化物主要成分为一氧化碳（NO）和二氧化氮（NO2），统称为NOx。NO对人体没有刺激性，但进入人体后能迅速与血红蛋白结合(结合能力是CO的1000倍)，使人缺氧并对中枢神经造成伤害。此外，NO也是产生光化学烟雾的主要来源之一。截止到目前，全球已发生多起光化学烟雾事件，造成了大量的人员伤亡。NO2对呼吸道粘膜刺激性很强，能导致气管和肺部功能障碍、咳嗽、呼吸紧促，最终形成肺气肿。短时间接触NO2即会出现中毒症兆。据研究表明,如果人在NO2浓度高于9.4mg/m3的空气中持续暴露十分钟,呼吸系统功能就会失调。在高温线，氮气可与氧气发生反应生产氮氧化物，因此在高温下，氮氧化物极易生成。高温锅炉，煅烧设备，燃油发动机等都是氮氧化物的排放源。

NOx的催化还原技术主要为富氧还原，具体包括：选择性催化还原、存储催化还原，以及用等离子体辅助催化还原等方法。考虑到实际使用环境状况，有些技术未能得到广泛推广。目前，可产业化的技术路线主要为：选择性催化还原(SelectiveCatalyticReduction，简称SCR)和储存催化还原(NOStorage-Reduction，简称NSR)。

储存催化还原(NSR)NSR催化剂一般以贵金属作为催化活性组分，碱和/或碱土金属氧化物作为储存组分，γ-Al2O3作为载体提供大比表面积，以提高活性组分和储存组分的分散度。文献中典型的NSR催化剂体系是Pt和Ba负载在γ-Al2O3载体上，通常记为Pt/Ba/Al2O3。氮氧化物储存成分碱金属或碱土金属本身并不能直接将气相中的NO捕获和氧化，而要借助于相邻的贵金属活性中心，在两者的协同作用下才能将NO储存起来。在还原气氛中硝酸盐是不稳定的，快速释放出NO2并被还原剂按照汽车尾气三效催化反应的方式还原成N2，同时催化剂表面的捕获能力得到恢复。

选择性催化还原(SCR)SCR的化学反应机理比较复杂，主要是还原剂在一定的温度和在催化剂作用下，有选择地把烟气中的NOx还原为N₂，同时生成水。催化剂的作用是降低NOx催化反应的活化能，使其反应温度降低。NH₃是实际工业应用最多的还原剂，除了NH₃，研究较多的是以小分子烃类、H₂等。当以氨气为还原剂时，主要存在以下几个反应：

4NH₃+4NO+O₂=4N₂+6H₂O

4NH₃+2NO₂+O₂=3N₂+6H₂O

2NH₃+NO+NO₂=N₂+3H₂O

SCR技术的关键问题是选择优良的催化剂。理想的催化剂应具备以下优点：①活性高;②抗中毒能力强;③机械强度和耐磨损性好;④有合适的工作温度区间；⑤抗吸水脱水性能强；这样的催化剂才能应用于实际的工业生产过程中；⑥催化剂本身在使用过程无有害物质放出。迄今的研究中，SCR催化剂主要有以下几类：

（1）金属氧化物选择性催化还原法中应用最多的金属氧化物催化剂是V2O5。发电厂装配的废气净化系统，大多数也采用这类催化剂。V2O5可直接使用，但为了提高活性和稳定性，大多都将其负载于A12O3、SiO2、A12O3-SiO2、ZrO2、TiO2、TiO2-SiO2:等氧化物载体上，商用的V2O5催化剂多负载于TiO2上，最常用的是V2O5-WO3/TiO2型SCR催化剂。在工业应用时，一般将V₂O₅-WO₃/TiO₂做成蜂窝形状或涂敷于金属板等基质上。钒在高温下具有挥发性，它的挥发将导致催化剂很快失活；二氧化钛在高温下也会发生相变从而使催化剂失活。因此V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂是不稳定的。

（2）贵金属催化剂贵金属是研究较早的一类SCR催化剂。贵金属催化剂广泛采用的载体是堇青石蜂窝体，贵金属Pt、Pb、Rh担载在载体上，载体中添加如La、Ce、Ba等助剂。