一种碳烟和氮氧化物协同脱除的船用催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氮氧化物催化剂，特别涉及一种碳烟和氮氧化物协同脱除的船用催化剂及其制备方法。一种碳烟和氮氧化物协同脱除的船用催化剂，该催化剂的主要活性组份为Cu和Co的复合金属氧化物，该复合金属氧化物主要为具有尖晶石结构的CuCo

Marine catalyst for synergistic removal of carbon smoke and nitrogen oxides and preparation method thereof

The invention relates to a nitrogen oxide catalyst, in particular to a marine catalyst for synergistic removal of soot and nitrogen oxides and a preparation method thereof. The invention relates to a marine catalyst for synergistic removal of carbon smoke and nitrogen oxides, wherein the main active components of the catalyst are composite metal oxides of Cu and Co, wherein the composite metal oxide is mainly CuCo with spinel structure

【技术实现步骤摘要】
一种碳烟和氮氧化物协同脱除的船用催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种氮氧化物催化剂，特别涉及一种碳烟和氮氧化物协同脱除的船用催化剂及其制备方法。
技术介绍
柴油以其热效率高，价格低廉的优点广泛应用于船舶行业。但是柴油在使用的过程中往往会出现燃烧不完全的情况，氮氧化物伴随着大量一氧化碳和碳的颗粒物被排向空气，给大气环境带来了极大的污染。根据自然保护协会（NRDC）于2014年发表的《船舶港口空气污染防治白皮书》，2012年香港船舶废气排放中氮氧化物达到36800吨，占总氮氧化物排放量的32%，而可吸入颗粒物（PM10）达到2268吨，占总吸入颗粒物排放量的37%。因此，船舶废气排放对大气污染十分严重，降低船舶废气排放量迫在眉睫，而我国常规的大气环境治理在这个方面还是一个盲区。为了切实有效地降低船舶废气排放量，使用合适的催化剂对船舶柴油机产生的氮氧化物和碳烟进行脱除尤为关键。当前市面上多使用SCR催化剂进行氮氧化物脱除，其主要的成分为V2O5-MoO3-TiO2或V2O5-WO3-TiO2体系的中高温催化剂；而对于碳烟的脱除，则有以铜铈复合氧化物（通式为CuxCe1-xO2-x）作为主要成分的催化剂。这些催化剂都能达到一定的催化效果，但其缺点是单一催化剂难以满足实际应用过程中氮氧化物和碳烟同时脱除的需要，组合使用又相对复杂，成本较高。因此开发能够同时满足多种船舶废气处理需要的催化剂对于实际应用和实现商业化具有重要的意义。
技术实现思路
针对上述单一催化剂难以同时满足实际应用过程中需要对多种船舶废气处理的需要这一难题，提供了一种能够催化废气中NO与O2氧化碳烟，同时NO被还原，从而达到氮氧化物和碳烟同时脱除目的的碳烟和氮氧化物协同脱除的船用催化剂。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碳烟和氮氧化物协同脱除的船用催化剂，该催化剂的主要活性组份为Cu和Co的复合金属氧化物，该复合金属氧化物主要为具有尖晶石结构的CuCo2O4晶相。作为优选，该催化剂中Cu与Co的摩尔比为1：1.9-2.1。最佳值为1：2。当铜与钴的摩尔比为1:2时，催化剂中全部为尖晶石结构的CuCo2O4晶相，具有良好的氧化还原特性和热稳定性，既有良好的催化氧化碳烟能力，又可以高效选择性催化还原NO，实现在单一催化剂上的不同活性位点发生反应，实现碳烟和氮氧化物高效协同脱除。一种所述的碳烟和氮氧化物协同脱除的船用催化剂的制备方法，该方法采用溶胶-凝胶法制备船用催化剂，其步骤包括：1）将铜钴摩尔比1：（0.5-3）的可溶性铜盐和钴盐混合溶解于水中，搅拌均匀；2）加入柠檬酸和聚乙二醇，搅拌均匀，其中柠檬酸的摩尔数相当于所有金属离子的摩尔数之和的1-2.5倍，即柠檬酸的摩尔数：金属离子（Cu2++Co3+）的摩尔数之和=（1-2.5）：1；聚乙二醇添加量为柠檬酸用量的5-15wt%；3）在80±5℃水浴搅拌下，加入适量尿素溶液，搅拌至形成粘稠状胶体；4）将胶体在110±5℃的空气气氛中干燥10-15小时，研磨，以5-8℃/min的升温速率500-600℃下煅烧5-8小时，即制得高性能的氮氧化物碳烟协同脱除催化剂CuCo2O4。制备方法中，柠檬酸作为络合剂，聚乙二醇为增稠剂；尿素和柠檬酸的添加有利于前驱体溶液的成胶，并利于催化剂中形成更细小的晶粒。所述催化剂中合适的铜和钴的摩尔比会形成具有良好氧化还原性能和热稳定性的CuCo2O4尖晶石结构晶相，提高氮氧化物碳烟协同脱除效率。作为优选，所述的可溶性铜盐选自硝酸铜、硫酸铜或氯化铜，优选硝酸铜；所述的钴盐选自硝酸钴、硫酸钴或氯化钴，优选硝酸钴。作为优选，所述聚乙二醇的分子量为180-600。作为优选，步骤3）中，以0.5-2ml/min的速率逐滴加入尿素溶液。作为优选，步骤1）中Cu与Co的摩尔比为1：1.9-2.1。最佳值为1：2。本专利技术的有益效果是：本专利技术使用了价格较为低廉同时易于分解的硝酸铜和硝酸钴作为制作催化剂的原料，使得催化剂的使用成本较低；使用了优化的溶胶-凝胶法制备催化剂，使得制作工艺较为简单，而反应过程也容易控制；使用废气中本就存在的NO废气加上O2催化氧化碳烟，可以达到废气中氮氧化物和碳烟同时脱除的目的；该催化剂具有在600℃的热稳定性。附图说明图1为本专利技术船用氮氧化物碳烟协同脱除催化剂的脱硝活性曲线。图2为本专利技术船用氮氧化物碳烟协同脱除催化剂的脱碳烟活性曲线。图3为本专利技术船用氮氧化物碳烟协同脱除催化剂在通入SO2条件下的脱碳烟活性曲线。图4为本专利技术船用氮氧化物碳烟协同脱除催化剂在通入H2O条件下的脱碳烟活性曲线。具体实施方式下面通过具体实施例，对本专利技术的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本专利技术的实施并不局限于下面的实施例，对本专利技术所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本专利技术保护范围。在本专利技术中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。实施例1（Co:Cu摩尔比=2:1）在200ml的烧杯中加入4.03g硝酸铜、9.7g硝酸钴和60ml的水，搅拌溶解，然后在室温和搅拌的条件下加入23.64g柠檬酸，溶解后再滴加0.5ml聚乙二醇（分子量400），滴加完毕后，在80℃水浴搅拌，同时以2ml/min的速率逐滴加入1mol/L的尿素溶液20ml，搅拌9h直至形成粘稠状胶体。然后将所得到的胶体在110℃的空气气氛中干燥12小时，使用玛瑙研钵研细，后在马弗炉中以5℃/min的升温速率500℃煅烧5小时。实施例2（Co:Cu摩尔比=2:1）在200ml的烧杯中加入4.17g硫酸铜、9.36g硫酸钴和60ml的水，搅拌溶解，然后在室温和搅拌的条件下加入23.64g柠檬酸，溶解后再滴加0.5ml聚乙二醇（分子量400），滴加完毕后，在80℃水浴搅拌，同时以2ml/min的速率逐滴加入1mol/L的尿素溶液20ml，搅拌9h直至形成粘稠状胶体。然后将所得到的胶体在110℃的空气气氛中干燥12小时，使用玛瑙研钵研细，后在马弗炉中以5℃/min的升温速率500℃煅烧5小时。为考察催化体系中铜和钴的含量对催化剂效果的影响，在相同条件下，制备对比例1-3的催化剂，其中保证催化体系中铜和钴的摩尔量之和不变。对比例1(Co:Cu摩尔比=1:1)在200ml的烧杯中加入6.04g硝酸铜、7.28g硝酸钴和60ml的水，搅拌溶解，然后在室温和搅拌的条件下加入23.64g柠檬酸，溶解后再滴加0.5ml聚乙二醇（分子量400），滴加完毕后，在80℃水g柠檬酸，溶解后再滴加0.5ml聚乙二醇（分子量400），滴加完毕后，在80℃水浴搅拌，同时以2ml/min的速率逐滴加入1mol/L的尿素溶液20ml，搅拌9h直至形成粘稠状胶体。然后将所得到的胶体在110℃的空气气氛中干燥12小时，使用玛瑙研钵研细，后在马弗炉中以5℃/min的升温速率500℃煅烧5小时。对比例2(Co:Cu摩尔比=1:2)在200ml的烧杯中加入8.05g硝酸铜、4.85g硝酸钴和60ml的水，搅拌溶解，然后在室温和搅拌的条件下加入23.64g柠檬酸，溶解后再滴加0.5ml聚乙二醇（分子量400），滴加完毕后，在80℃水浴搅拌，同时以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳烟和氮氧化物协同脱除的船用催化剂，其特征在于：该催化剂的主要活性组份为Cu和Co的复合金属氧化物，该复合金属氧化物主要为具有尖晶石结构的CuCo

【技术特征摘要】
1.一种碳烟和氮氧化物协同脱除的船用催化剂，其特征在于：该催化剂的主要活性组份为Cu和Co的复合金属氧化物，该复合金属氧化物主要为具有尖晶石结构的CuCo2O4晶相。2.根据权利要求1所述的碳烟和氮氧化物协同脱除的船用催化剂，其特征在于：该催化剂中Cu与Co的摩尔比为1：1.9-2.1。3.一种权利要求1所述的碳烟和氮氧化物协同脱除的船用催化剂的制备方法，其特征在于：该方法采用溶胶-凝胶法制备船用催化剂，其步骤包括：1）将铜钴摩尔比1：（0.5-3）的可溶性铜盐和钴盐混合溶解于水中，搅拌均匀；2）加入柠檬酸和聚乙二醇，搅拌均匀，其中柠檬酸的摩尔数相当于所有金属离子的摩尔数之和的1-2.5倍；聚乙二...

【专利技术属性】
技术研发人员：高翔，竺新波，郑成航，岑可法，骆仲泱，张烁，辛琦，胡达清，张健，倪明江，周劲松，翁卫国，吴卫红，张涌新，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33