一种电子束辐照改性材料提高其催化脱硝活性的方法和应用技术

一种电子束辐照改性材料提高其催化脱硝活性的方法和应用，属于催化材料技术领域。以钛铝复合氧化物为载体，钯为活性组份，钛铝复合氧化物采用溶胶‑凝胶法制备，钯的加入通过聚乙二醇还原法，然后将还原后所得催化剂进行辐照处理，即得辐照改性的催化剂。其特点是辐照改性使催化剂形成纳米片状结构，明显地拓宽了催化反应的温度窗口，提高了钯催化剂上NOx脱除的性能。本发明专利技术的制备方法工艺简单，操作方便，改性催化剂具有良好的脱硝性能，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电子束改性钯催化剂及其制备以及利用该催化剂在富氧条件下催化脱除氮氧化物的方法。属于催化材料制备和大气污染控制

技术介绍
氮氧化物由于能够导致酸雨、光化学烟雾等污染问题，NOx的排放控制日益引起人们的关注，其中选择性催化还原(SelectiveCatalyticReduction,SCR)是富氧条件下NOx控制的一种有效手段。用NH3作还原剂时，传统的钒钨钛催化剂的低温活性(<300℃)有待提高；另外，钒的毒性以及氨的泄漏等也限制了NH3-SCR的应用。当氢气作还原剂时，NOx可以在100～300℃的范围内被催化净化，还原温度大大降低，并且过量氢气会与氧气燃烧产生水，不会产生二次污染。因此，氢气选择性还原NOx(H2-SCR)成为脱除NOx的有效手段之一。对于氢气选择性还原NOx,常用的催化剂为贵金属催化剂，目前常用的H2-SCR催化剂主要是贵金属Pd和Pt。考虑到Pd的价格较Pt低，Pd基催化剂的研究越来越引起人们的关注。为了降低催化剂的生产成本，降低贵金属Pd的含量对实际应用有重要意义。但是，贵金属负载量的降低会导致Pd催化剂的低温活性明显下降。因此，开发低负载量和高活性的Pd基脱硝催化剂，对减少主要大气污染物NOx的排放，改善我国的空气质量具有重要的意义和应用前景。本专利技术通过电子束辐照改性制备了低负载量的钯催化剂，其在相对较宽的温度范围内对NOx脱除具有良好的催化活性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备方法简单且贵金属Pd的含量低的催化剂，使其对氢气选择性催化还原氮氧化物具有良好的催化性能。聚乙二醇还原法作为制备纳米贵金属的一种方法，在制备过程中加入聚乙烯吡咯烷酮可以控制贵金属的纳米尺度，但是存在的问题是聚乙烯吡咯烷酮易残留在催化剂中，从而降低催化剂的活性。本专利技术通过电子束辐照改性，在有效脱除聚乙烯吡咯烷酮的同时，使催化剂形成纳米片状结构，从而制备出性能良好的Pd催化剂。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种改性钯催化剂，其特征在于，组成表示为Pd/TiO2-Al2O3，Pd负载在TiO2-Al2O3(钛铝复合氧化物固溶体)上，其中Pd的质量百分含量为0.2-1.0％，TiO2和Al2O3的质量比为2:8，改性钯催化剂为纳米片状结构。且片状结构直立于所在的平面。本专利技术提供了一种电子束辐照改性材料提高其催化脱硝活性的方法，即一种电子束辐照改性钯催化剂的制备方法，其特征在于：该方法依次包括以下步骤：(1)用去离子水在80-90℃下水解异丙醇铝4-8小时，加硝酸使之形成透明的溶胶，然后加入钛酸四丁酯，使得生成的TiO2和Al2O3的质量比为2:8，搅拌6-10小时，形成的凝胶；(2)将步骤(1)所得凝胶在室温下老化(优选老化24h)，然后干燥(优选120℃下干燥10-12小时)，最后于马弗炉中450-600℃下焙烧4-8h，制得TiO2-Al2O3；(3)取步骤(2)所得的TiO2-Al2O3于反应容器内，加入一定量的PdCl2溶液、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙二醇并混合，通入N2保护气和循环冷凝水，逐渐升温至160℃并加热回流反应4-8h；将反应后液体取出离心，过滤，滤饼干燥(优选在80℃烘干12-24小时)；(4)将步骤(3)所得的固体进行电子束辐照，在剂量率为20Gy/s-100Gy/s下,辐照剂量为10kGy～100kGy。优选PdCl2：聚乙烯吡咯烷酮(PVP)：聚乙二醇摩尔比为1:(10-30):(5-15)，进一步优选1:20:10。本专利技术还提供了采用辐照改性钯催化剂用于脱除NOx的方法，其特征在于该应用方法包括以下步骤：(1)将改性钯催化剂装载在固定床反应器当中，反应温度控制在100～300℃范围；(2)以氢气为还原剂，控制气体总流量在150～300ml/min,空速在52,000～104,000h-1。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：通过电子束辐照，催化剂形成纳米片状结构，且片状结构直立于所在的平面(如图1所示)，低负载量的Pd催化剂的低温脱硝活性明显提高。辐照改性使催化剂形成纳米片状结构，明显地拓宽了催化反应的温度窗口，提高了钯催化剂上NOx脱除的性能。本专利技术的制备方法工艺简单，操作方便，改性催化剂具有良好的脱硝性能，具有良好的应用前景。附图说明图1为催化剂未辐照(A)和50kGy计量辐照(B)的扫描电镜照片。具体的实施方式下面结合实施例对本专利技术的典型技术方案作做进一步的说明，但本专利技术并不限于以下实施例。实施例1：在剂量率50Gy/s,辐照剂量10kGy条件下辐照0.5％Pd/TiO2-Al2O3催化剂制备a)在旋转蒸发仪上用去离子水在90℃下水解16.02克异丙醇铝4小时，加稀硝酸使之形成透明的溶胶，然后加入8.52克钛酸四丁酯，使TiO2和Al2O3的质量比为2：8，搅拌6小时，形成的凝胶；b)将步骤a)所得凝胶在室温下老化24h，120℃下干燥12小时，最后于马弗炉中500℃下焙烧4h，制得TiO2-Al2O3；c)取步骤b)所得的TiO2-Al2O3于三口瓶内，加入4.7ml0.1mol/L的PdCl2溶液、9.4×10-3mol聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和4.7×10-3mol聚乙二醇溶液并混合，通入N2保护气和循环冷凝水，逐渐升温至160℃并加热回流反应4h。将反应后液体取出离心，过滤，滤饼在80℃烘干12小时；d)取步骤c)中的的固体进行电子束辐照，在计量率为50Gy下,辐照剂量为10kGy,制得10kGy辐照0.5％Pd/TiO2-Al2O3催化剂。实施例2：在剂量率50Gy/s,辐照剂量50kGy条件下辐照0.5％Pd/TiO2-Al2O3催化剂的制备a)在旋转蒸发仪上用去离子水在90℃下水解16.02克异丙醇铝8小时，加稀硝酸使之形成透明的溶胶，然后加入8.52克钛酸四丁酯，使TiO2和Al2O3的质量比为2：8，搅拌10小时，形成的凝胶；b)将步骤a)所得凝胶在室温下老化24h，120℃下干燥10小时，最后于马弗炉中500℃下焙烧4h，制得TiO2-Al2O3；c)取步骤b)所得的TiO2-Al2O3于三口瓶内，加入4.7ml0.1mol/L的PdCl2溶液、9.4×10-3mol聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和4.7×10-3mol聚乙二醇溶液并混合，通入N2保护气和循环冷凝水，逐渐升温至160℃并加热回流反应8h。将反应后液体取出离心，过滤，滤饼在80℃烘干24小时；d)取步骤c)中的的固体进行电子束辐照，在计量率为50Gy下，辐照剂量为50kGy,制得50kGy辐照0.5％Pd/TiO2-Al2O3催化剂。实施例3：在剂量率50Gy/s,辐照剂量100kGy条件下辐照0.5％Pd/TiO2-Al2O3催化剂的制备a)在旋转蒸发仪上用去离子水在90℃下水解16.02克异丙醇铝4小时，加稀硝酸使之形成透明的溶胶，然后加入8.52克钛酸四丁酯，使TiO2和Al2O3的质量比为2：8，搅拌6小时，形成的凝胶；b)将步骤a)所得凝胶在室温下老化24h，120℃下干燥10小时，最后于马弗炉中450℃下焙烧8h，制得TiO2-Al2O3；c)取步骤b)所得的TiO2-Al2O3于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性钯催化剂，其特征在于，组成表示为Pd/TiO2‑Al2O3，Pd负载在TiO2‑Al2O3上，其中Pd的质量百分含量为0.2‑1.0％，TiO2和Al2O3的质量比为2:8，改性钯催化剂为纳米片状结构。

【技术特征摘要】
1.一种改性钯催化剂，其特征在于，组成表示为Pd/TiO2-Al2O3，Pd负载在TiO2-Al2O3上，其中Pd的质量百分含量为0.2-1.0％，TiO2和Al2O3的质量比为2:8，改性钯催化剂为纳米片状结构。2.按照权利要求1所述的一种改性钯催化剂，其特征在于，片状结构直立于所在的平面。3.一种电子束辐照制备权利要求1或2所述的改性钯催化剂的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)用去离子水在80-90℃下水解异丙醇铝4-8小时，加硝酸使之形成透明的溶胶，然后加入钛酸四丁酯，使得生成的TiO2和Al2O3的质量比为2:8，搅拌6-10小时，形成的凝胶；(2)将步骤(1)所得凝胶在室温下老化，然后干燥，最后于马弗炉中450-600℃下焙烧4-8h，制得TiO2-Al2O3；(3)取步骤(2)所得的TiO2-Al2O3于反应容器内，加入一定量的PdCl2溶液、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙二醇并混合，通入N2保护气和循环冷凝水，逐渐升温至160℃并加...

【专利技术属性】
技术研发人员：马玲玲，罗敏，徐殿斗，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11