一体脱除N2O和NOx的催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一体脱除N2O和NOx的催化剂及其制备方法。按质量百分比计，催化剂成品中贵金属占0.1％～5％、过渡金属氧化物占3％～15％，碱金属氢氧化物占0.5％～1％，余量为氧化铝载体。本发明专利技术通过将贵金属、过渡金属氧化物和碱金属氢氧化物三组分配合使用，可协同利用贵金属、过渡金属氧化物的催化特性，同时碱金属氢氧化物的存在会导致氨在贵金属表面的吸附受阻，进而影响氨的氧化及贵金属脱硝活性，由此达到通过碱金属氢氧化物的添加抑制贵金属对氨的氧化，和抑制贵金属的催化脱硝活性，实现在较低温度(200～600℃)条件下同时较好地催化分解N2O和脱硝的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及N2O和NOx脱除
，尤其涉及一种同时脱除N2O和NOx的催化剂及其制备方法。其可用作硝酸、脂肪酸、己内酰胺、丙烯腈、草酸烷基酯等生产过程中产生的含N2O和NOx(NOx指不含N2O的氮氧化物)尾气处理催化剂。
技术介绍
硝酸、脂肪酸、己内酰胺、丙烯腈、草酸烷基酯等生产过程通常会产生氮氧化物废气，主要包含N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4，其中N2O是一种无色有甜味的气体，有麻醉作用，又称为笑气，兼有温室效应和对臭氧层破坏作用，N2O造成全球变暖的潜在性比CO2高出310倍，目前大气中N2O的浓度约为310nmol/mol，并且以每年0.2～0.3％左右速度增加，其发展趋势对人类居住环境构成很大威胁，也是京都协议书中明确规定限排的气体之一。NOx能直接危害人体健康，引起肺损害，对中枢神经系统造成影响，同时在空气中能生成光化学烟雾，这种有毒烟雾极大地危害身体健康，破坏生态环境。NOx的脱除主要有选择性非催化还原(SNCR)和选择性催化还原(SCR)，SNCR反应温度偏高，脱硝精度不高，故一般采用SCR，还原剂一般选择NH3、H2、甲烷、CO等，SCR催化剂有贵金属体系、过渡金属氧化物体系及分子筛体系等三大类，由于贵金属对氨有一定的氧化作用，所以上世纪80年代后逐渐放弃使用，目前主要采用过渡金属氧化物体系催化剂。N2O的脱除是难点，采用普通脱硝方法无法完全脱除，目前研究主要集中在将N2O采用适当的催化剂催化分解为N2和CO2，催化剂有贵金属体系、过渡金属氧化物体系及分子筛体系等三大类。一般针对N2O和NOx的脱除，可考虑根据N2O和NOx的不同性质分别采用不同催化剂分别脱除，如N2O采用催化分解催化剂，NOx采用脱硝催化剂通过添加还原剂选择性催化还原，但工艺较复杂，设备及材料投资大。
技术实现思路
：本专利技术所要解决的技术问题针对上述提出的不足，根据N2O和NOx的化学性质，提供一种一体脱除N2O和NOx的催化剂及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一体脱除N2O和NOx的催化剂，其特征在于：按质量百分比计，催化剂成品中贵金属 占0.1％～5％、过渡金属氧化物占3％～15％，碱金属氢氧化物占0.5％～1％，余量为氧化铝载体。按上述方案，贵金属为钯、铂、铑、钌中的一种或以上，过渡金属氧化物为五氧化二钒、氧化铜、一氧化钴、氧化锌中的任意两种或以上。按上述方案，所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种的组合。一体脱除N2O和NOx的催化剂的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：(1)浸渍：将过渡金属氧化物对应的盐按比例配成溶液，等量浸渍到氧化铝载体上(等量含义为：配制的溶液量和氧化铝载体能吸附的溶液量相等)；(2)烘干：浸渍后的氧化铝载体阴干后烘干；(3)焙烧：烘干后的半成品经过焙烧，使过渡金属盐分解为对应的金属氧化物；(4)二次浸渍：待焙烧后的半成品自然冷却后，将贵金属盐配成溶液，等量浸渍到步骤(3)的载体上；(5)贵金属还原：浸渍贵金属后的载体经过液相还原处理使浸渍到载体上的贵金属盐还原为零价态的贵金属；(6)二次烘干：液相还原后的半成品烘干；(7)三次浸渍：将碱金属氢氧化物配成溶液，等量浸渍到步骤(6)的载体上；(8)三次烘干：步骤(7)的半成品烘干，即得一体脱除N2O和NOx的催化剂。按上述方案，步骤(1)中将过渡金属氧化物对应的盐按比例配成溶液时，根据盐的物化性质加入氨水或醋酸作为助溶剂。按上述方案，步骤(4)中将贵金属盐配成溶液时，根据贵金属盐的物化性质加入盐酸助溶剂。按上述方案，步骤(2)或步骤(6)或步骤(8)中的烘干为热空气烘干，烘干温度110～130℃。按上述方案，步骤(3)的焙烧温度为350～550℃。按上述方案，步骤(5)中的液相还原所用还原剂为甲醛、抗坏血酸、次亚磷酸钠、硼氢化钾中的一种。一体脱除N2O和NOx的催化剂在脱除含N2O和NOx的原料气中的应用，其特征在于，含N2O和NOx的原料气添加氨后，通过装填上述催化剂的床层，在200～600℃条件下进行气体中的N2O和NOx脱除。脱除过程中发生的主要化学反应方程式为：2N2O＝＝2N2+O2 (1)4NO+4NH3+O2＝＝4N2+6H2O (2)2NO2+4NH3+O2＝＝3N2+6H2O (3)该催化剂在一种催化剂床层上能用于同时催化分解含有N2O和NOx的混合气中的混合气中的N2O和利用添加的氨脱除其中的NOx，混合气中N2O的体积百分比含量0.1～50％，NOx的体积百分比含量0.1～20％，N2O和NOx脱除效率均大于95％。和现有技术相比，本专利技术有以下创新点：(1)贵金属和过渡金属氧化物都具有N2O催化分解和脱硝功能，但过渡金属氧化物催化分解N2O使用温度700℃以上，另外由于贵金属对氨有一定的氧化作用，所以上世纪80年代后逐渐放弃使用。而本专利技术通过将贵金属、过渡金属氧化物和碱金属氢氧化物三组分配合使用，可协同利用贵金属、过渡金属氧化物的催化特性，同时碱金属氢氧化物的存在会导致氨在贵金属表面的吸附受阻，进而影响氨的氧化及贵金属脱硝活性，由此达到通过碱金属氢氧化物的添加抑制贵金属对氨的氧化，和抑制贵金属的催化脱硝活性，实现在较低温度(200～600℃)条件下同时较好地催化分解N2O和脱硝的目的；(2)本专利技术通过先负载过渡金属盐，烘干焙烧得到过渡金属氧化物，再负载贵金属盐，并采用液相还原而非传统气相还原可仅仅还原贵金属而保证过渡金属不被还原，最后负载碱金属氢氧化物，最终制备获得了以贵金属、过渡金属氧化物为活性组分，碱金属氢氧化物作助剂的催化剂，该工艺可实现贵金属、过渡金属氧化物和碱性金属氢氧化物每种组分的良好负载，并在整个工艺中保证各组分的稳定性。如果负载顺序变化会导致还原好的贵金属在焙烧过程中被氧化失效、碱金属氢氧化物在焙烧过程中和载体氧化铝发生反应失效。如本专利技术在催化剂制备中采用液相还原而非传统的气相还原可仅还原贵金属，避免采用气相还原将过渡金属氧化物也同时还原，由此导致其丧失脱硝功能。本专利技术最后负载碱金属氢氧化物，也可避免在焙烧负载其他组分过程中和载体氧化铝发生反应失效等问题。附图说明图1为本专利技术催化剂催化脱除含N2O和NOx的合成尾气的工艺示意图。具体实施方式下面以实例进一步说明本专利技术：实施例1：按下述制备工艺生产催化剂(1)浸渍：将10克偏钒酸铵和5克草酸钴加入到60毫升体积比为1：10氨水溶液中，溶解完全，溶液等量浸渍到100克氧化铝载体上。(2)烘干：浸渍后的氧化铝载体阴干后经过120℃热空气烘干。(3)焙烧：烘干后的半成品经过550℃焙烧，使盐充分分解。(4)二次浸渍：待焙烧后的半成品自然冷却后，将1.6克氯化钯溶解到60毫升体积比为1：10盐酸溶液中，溶解完全，溶液等量浸渍到步骤(3)的载体上。(5)贵金属还原：浸渍贵金属后的载体以硼氢化钾作还原剂经过液相还原处理使浸渍到载体上的贵金属盐还原为零价态的钯。(6)步骤(5)中的半成品经过120℃热空气烘干。(7)三次浸渍：将0.9克氢氧化钠溶解到60毫升水中配成溶液，等量浸渍到步骤(6)的载体上。(8)三次烘干：步骤(7)的半成品经过120℃热空气烘干。经过以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一体脱除N2O和NOx的催化剂，其特征在于：按质量百分比计，催化剂成品中贵金属占0.1％～5％、过渡金属氧化物占3％～15％，碱金属氢氧化物占0.5％～1％，余量为氧化铝载体。

【技术特征摘要】
1.一体脱除N2O和NOx的催化剂，其特征在于：按质量百分比计，催化剂成品中贵金属占0.1％～5％、过渡金属氧化物占3％～15％，碱金属氢氧化物占0.5％～1％，余量为氧化铝载体。2.根据权利要求1所述的一体脱除N2O和NOx的催化剂，其特征在于：贵金属为钯、铂、铑、钌中的一种或以上，过渡金属氧化物为五氧化二钒、氧化铜、一氧化钴、氧化锌中的任意两种或以上。3.根据权利要求1所述的一体脱除N2O和NOx的催化剂，其特征在于：所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种的组合。4.权利要求1所述的一体脱除N2O和NOx的催化剂的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：(1)浸渍：将过渡金属氧化物对应的盐按比例配成溶液，等量浸渍到氧化铝载体上；(2)烘干：浸渍后的氧化铝载体阴干后烘干；(3)焙烧：烘干后的半成品经过焙烧，使过渡金属盐分解为对应的金属氧化物；(4)二次浸渍：待焙烧后的半成品自然冷却后，将贵金属盐配成溶液，等量浸渍到步骤(3)的载体上；(5)贵金属还原：浸渍贵金属后的载体经过液相还原处理使浸渍到载体上的贵金属盐还原为零价态的贵金属；(6)二次烘干：液相还原后的半成品烘干；(7)三次浸渍：将碱金属氢氧化物配成溶液，等量浸渍到步骤(6)的载体上；(8)三次烘干：步骤(7)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷军，刘华伟，王先厚，孔渝华，
申请(专利权)人：华烁科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42