一种室温脱硝用催化试样的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种室温(30℃)选择性催化还原脱硝催化试样的制备方法，属于室内空气净化技术及环境保护技术领域。该系列试样以改性的商用活性碳纤维(ACF)为载体，通过等体积浸渍法，并在惰性气氛下煅烧，制备得到按一定比例和质量分数均匀负载与活性碳纤维上的催化剂，再进一步通过等体积浸渍法负载一定质量浓度的尿素，得到最终样品。本发明专利技术通过改善载体活性官能团的数量和种类，设计并实现了金属氧化物的均匀负载以及尿素与金属氧化物之间的优化协同，制备得到了一种高效的室温脱硝催化试样，在30℃时，NO的净化率可高于90％，并且可以重复回收利用。本制备方法简单，成本低廉，易操作，催化性能稳定优越。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种室温NOx选择性催化还原的催化试样的制备方法，属于室内空气净化技术和环境保护

技术介绍
在大气污染控制
中，由氮氧化物污染造成的诸如光化学烟雾、酸雨、臭氧层破坏以及温室效应等严重环境问题，已经引起人们的高度重视。随着工业的发展，大量私家车进入了普通老百姓的生活，社会上汽车数量急剧增加，然而由于汽车尾气排放而造成的氮氧化物的污染却没能得到有效的控制，因机动车尾气造成在氮氧化物的污染所占总氮氧化物排放的比例也越来越高。在城市NOx污染来源中，因机动车尾气排放造成的NOx污染已经成为仅次于煤炭燃烧所造成的NOx污染主要污染来源。因此，NOx对城市环境空气和城市民居室内空气造成越来越严重的污染。在NOx污染的控制的方法中，基于NH3为还原剂的选择性催化还原由于高催化效率在是近几十年来的NOx控制中被人们所青睐。在NO排放的控制中，一系列的催化剂包括Pt、Ag等贵重金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂、稀土元素氧化物催化剂及金属修饰的分子筛都已经使用在NO的选择性催化还原中。这些催化剂活性很高，能够实现理想的NO去除率。然而这些催化剂都是致力于工业锅炉废气中氮氧化物的控制，通常情况下气体的温度都在120摄氏度以上。而在汽车尾气中NOx的净化，周边温度一般接近室温，工业上NOx的控制技术在这样温度条件下很难发挥出理想的净化效果。因此开发一种性能优异、价格低廉且可重复利用的室温条件下高脱硝性能的催化试样具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种室温高脱硝性能的催化试样的制备方法。通过改性商用活性碳纤维，并实现过渡金属氧化物在改性后碳纤维上的均匀负载，再进一步优化过渡金属氧化物与尿素在改性后碳纤维上的协同作用。最终得到具有优异室温脱硝性能的催化试样。本专利技术提供的室温脱硝催化试样的制备方法，包括下列步骤：将活性碳纤维进行改性，得到催化试样的载体；将步骤1)得到载体浸渍与一定质量的浓度的过渡金属盐溶液中；将步骤2)干燥后得到的样品于惰性气氛下煅烧；将步骤3)所得样品再次浸渍与一定质量浓度的尿素溶液中，浸渍一定时间后，再低温真空干燥，得到所述催化试样。步骤1)改性方法至少包括下述方法的一种：酸改性、碱改性以及两者按不同顺序的组合改性；酸改性所用试剂为下述至少一种：氢氟酸、硝酸、盐酸、醋酸；碱改性所用试剂为下述至少一种：氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠。改性所用酸和碱的浓度为0.1-10M，优选0.5-4M,最优选1-2M；改性时间长度为0.5-72h。步骤2)所述过渡盐溶液为下述至少一种：醋酸锰、硝酸铈、硝酸铜、硝酸镧；其质量浓度范围为1-80％，优选5-40％，最优选5-20％；浸渍时间0.5-48h。步骤3)所述惰性气氛的气体为下述气体中至少一种：氩气、氮气；优选地，所述煅烧温度为200-600℃，煅烧时间为2-12h；煅烧过程中，升温速度和降温速度均为1-30℃/min优选地，步骤4)所述尿素质量浓度为1-60％,浸渍时间为0.5-48h，真空干燥温度为60-120℃。本专利技术提供了一种低成本制备高效室温脱硝的催化试样的方法，突出优点在于，原料来源广，制备工艺简单，负载物成本低，便于制备和推广。室温下，对NOx的净化效率高，易于循环再生。附图说明图1为扫描电子显微镜(JEOL-6700F)表征的该催化试样的形貌。具体实施方式实例说明：下面结合具体实例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。实施例1、制备高效室温脱硝催化试样将商品活性碳纤维(ACF)置于2M的硝酸中浸泡24h,之后于80℃真空干燥。将干燥后的活性碳纤维浸渍于质量分数分别为5％和5％的硝酸铈和醋酸锰混合溶液中。浸渍24h后，于80摄氏度真空干燥，干燥后置于管式炉中，在氮气气氛下以5℃/min的速率升至450摄氏度，恒温8h后，自然冷却至室温。将上述所得样品再次浸渍于质量分数为10％的尿素溶液中，24h后，过滤，并于120℃真空干燥。用扫描电子显微镜(JEOL-6700F)表征了该催化试样的形貌，如图1所示。由图可见，过渡金属氧化物均匀地负载于活性碳纤维表面。将实施例1中得到的催化试样，取0.500g为实验对象，在30℃，空速10000/h,CNO＝1000ppm,氧气浓度＝21％下的对NOx的转化率为90％。实施例2：其他条件与实施例1相同，不同之处在于过渡金属盐溶液的质量分数为10％的醋酸锰，其他条件以及测试条件与1相同，所述催化试样在室温下NO的转化率约为75％，与实施例1相比较差。实施例3：其他条件与实施例1相同，不同之处在于过渡金属盐溶液为质量分数为2％的醋酸锰和质量分数为8％的硝酸铈的混合溶液。其他条件以及测试条件与1相同，所述催化试样在室温下NO的转化率约为80％，与实施例1相比较差。实施例4：其他条件与实施例1相同，不同之处在于过渡金属盐溶液为质量分数为3％的醋酸锰、质量分数为4％的硝酸铈和质量分数为3％的硝酸铜的混合溶液。其他条件以及测试条件与1相同，所述催化试样在室温下NO的转化率约为92％，与实施例1相比较好。实施例5：其他条件与实施例1相同，不同之处在于改性试剂为2M的氢氧化钠溶液，其他条件以及测试条件与1相同，所述催化试样在室温下NO的转化率约为85％，与实施例1相比较差。实施例6：其他条件与实施例1相同，不同之处在于改性试剂为2M的盐酸溶液，其他条件以及测试条件与1相同，所述催化试样在室温下NO的转化率约为86％，与实施例1相比较差。实施例7：其他条件与实施例1相同，不同之处在于2M的硝酸溶液24h浸泡后，再置于2M的氢氧化钠溶液浸泡24h，其他条件以及测试条件与1相同，所述催化试样在室温下NO的转化率约为93％，与实施例1相比较好。实施例8：其他条件与实施例1相同，不同之处在于尿素溶液的质量分数为5％，其他条件以及测试条件与1相同，所述催化试样在室温下NO的转化率约为80％，与实施例1相比较差。实施例9：其他条件与实施例1相同，不同之处在于尿素溶液的质量分数为15％，其他条件以及测试条件与1相同，所述催化试样在室温下NO的转化率约为85％，与实施例1相比较差。...

【技术保护点】
一种室温脱硝催化试样的制备方法，其特征在于包括下述步骤:1)将活性碳纤维进行改性，得到催化试样的载体；2)将步骤1)得到载体浸渍于一定质量的浓度的过渡金属盐溶液中，浸渍一定时间后，在低温干燥；3)将步骤2)干燥后得到的样品于惰性气氛下煅烧；4)将步骤3)所得样品再次浸渍于一定质量浓度的尿素溶液中，浸渍一定时间后，再低温真空干燥，得到所述催化试样。

【技术特征摘要】
1.一种室温脱硝催化试样的制备方法，其特征在于包括下述步骤:
1)将活性碳纤维进行改性，得到催化试样的载体；
2)将步骤1)得到载体浸渍于一定质量的浓度的过渡金属盐溶液中，浸渍一定时间后，在低温干燥；
3)将步骤2)干燥后得到的样品于惰性气氛下煅烧；
4)将步骤3)所得样品再次浸渍于一定质量浓度的尿素溶液中，浸渍一定时间后，再低温真空干燥，得到所述催化试样。
2.根据权利要求1所述的室温脱硝催化试样的方法，其特征在于：步骤1)改性方法至少包括下述方法的一种：酸改性、碱改性以及两者按不同顺序组合改性的，其中酸改性所用试剂为下述至少一种：氢氟酸、硝酸、盐酸、醋酸；碱改性所用试剂为下述至少一种：氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠；改性所用酸和碱的浓度为0.1-10M，改性时间长度为0.5-72h。
3.根据权利要求1或2所述的室温脱硝催化试样的方法，其特征在于：改性所用酸和碱的浓度为0.5-4M。
4.根据权利要求1或2所述的室温脱硝催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：路培，邢奕，卿任鹏，闫伯骏，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11