用于畜牧业废气N2O与CH4协同催化燃烧的Fe-BEA分子筛催化剂的制备方法技术

用于畜牧业废气N2O与CH4协同催化燃烧的Fe

【技术实现步骤摘要】
用于畜牧业废气N2O与CH4协同催化燃烧的Fe
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BEA分子筛催化剂的制备方法


[0001]本专利技术属于甲烷燃烧催化剂
，特别是涉及一种用于畜牧业废气N2O、CH4协同催化燃烧的Fe
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BEA分子筛催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]农业(农作物和畜牧业)生产占全球温室气体(GHG)排放量的11％左右，其中畜牧业废气(二氧化碳、一氧化二氮、甲烷)大约占农业温室气体排放总量60％左右，约占全球甲烷排放的37％和一氧化二氮排放的65％。在我国，畜牧业养殖的家畜和家禽主要为猪、牛、羊、鸡鸭鹅等，而畜牧业废气主要来自家畜和家禽的肠道发酵和粪尿。随着对牲畜产品需求的增加，特别是在我国等发展中国家，畜牧业产生的非二氧化碳温室气体排放量预计将进一步增加，并成为全球气候变暖的一个重要问题。
[0003]一氧化二氮(N2O)也称“笑气”，是一种麻醉性气体，曾经广泛被应用于医学手术中，同时也是一种温室气体，具有温室效应。其中N2O增温潜热是CO2的310倍，甲烷的28倍。为了使人类免受气候变暖的威胁，1997年12月，在日本京都召开的联合国气候变化框架公约参加国三次会议制定了“京都议定书”，规定将二氧化碳和氧化亚氮(N2O)等主要温室气体作为减排的目标。N2O主要来源于流化床中煤的燃烧、己二酸、硝酸化工生产、机动车尾气的排放以及畜牧业生产。N2O在大气层中非常稳定，可以被输送到平流层，其寿命长达150年,而且还会破坏大气层中的臭氧，引起臭氧空洞，形成酸雨，对人类生存环境造成极大的危害。
[0004]现阶段，N2O的处理方法主要有四种，分别是高温分解法、直接催化分解法、再生还原法、选择性催化还原法等。例如CN103949264A专利采用高温热分解法,以钛、镁、锆、铈固溶体为载体，负载过渡金属氧化物为催化剂的活性组分,虽然在800～1000℃的温度下分解N2O的催化活性高、机械强度和热稳定性好，但操作费用较高，对反应器的耐热性要求较高。CN106807431A专利采用直接催化分解法制备了β分子筛、ZSM
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5或活性氧化铝为载体，以Fe、Co、Cu等金属氧化物为催化剂的活性组分的壳形催化剂，N2O分解后可直接排放，污染小，操作简单，但存在笑气完全分解所需温度较高，运行成本高的问题。再生还原法是将N2O部分转化为NO
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，再吸收转化为硝酸。虽然该方法实现了N2O的循环利用，但很难与生产装置相连，并且所回收的硝酸价值远远小于成本，经济效益差。CN113996334A提出选择性催化还原法在以上几种方法中为最优方法，相较于利用醇、烯烃等作为还原剂为与N2O反应，将饱和烃(如甲烷)添加到中是更为经济和容易的。
[0005]甲烷是天然气、沼气的主要组分，是一种能源气体，但同时也是一种严重污染环境的温室气体，其温室效应是二氧化碳的23倍，对臭氧层的破坏能力是二氧化碳的7倍。因此，研究畜牧业废气中甲烷的完全去除具有重要意义。采用传统方法将甲烷直接在空气中燃烧的方式，会导致在1000℃以上的高温环境下，空气中的氮气与氧气反应生成NO
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，污染环境。本专利技术采用N2O做氧化剂，能实现在较低温度下，N2O和甲烷的协同催化去除。目前甲烷催化
燃烧的催化剂主要有：(1)过渡金属氧化物催化剂，如NiO、Mn2O3、CuO和Fe2O3等；(2)负载型的贵金属催化剂，包括Rh、Pd和Pt等；(3)稀土钙钛矿型复合金属氧化物催化剂；(4)六铝酸盐型催化剂等。其中贵金属催化剂对甲烷燃烧有最好的低温催化活性和抗中毒能力，但存在着抗水热稳定性较差、成本高等缺陷。

技术实现思路

针对上述N2O和CH4去除中所面临的问题，本专利技术提供一种用于畜牧业废气N2O、CH4协同催化燃烧的Fe
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BEA分子筛催化剂的制备方法，具有工艺简单、经济低廉的优点，同时该催化剂低温活性高，可以有效分解畜牧业废气中N2O和CH4，减少对大气的污染，保护环境。用于畜牧业废气N2O、CH4协同催化燃烧的Fe
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BEA分子筛催化剂的制备方法，其特征在于：选用九水合硝酸铁为前驱体，将Fe负载在H
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BEA分子筛上。其中，Fe的质量占最终Fe
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BEA分子筛催化剂总质量的0.8～7％。其中，所制备Fe
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BEA分子筛催化剂用于畜牧业废气N2O、CH4协同催化燃烧的反应空速为12000h1，反应温度为200～400℃，笑气的体积占比为40％，甲烷10体积占比为％，平衡气为氦气。所述用于畜牧业废气N2O、CH4协同催化燃烧的Fe
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BEA分子筛催化剂的制备方法，其特征在于制备方法包括以下步骤：第一步：按质量比分别为焙烧后H
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BEA分子筛：九水合硝酸铁：水＝1：0.06～0.54：40；称量H
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BEA分子筛、九水合硝酸铁、水，并置于90℃恒温水浴中搅拌回流4小时，然后旋蒸、干燥、研磨、焙烧，得到Fe
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BEA改性分子筛催化剂；第二步：将第一步所得固体产物压片、研碎、过筛，即得到Fe
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BEA分子筛催化剂。本专利技术方法中，将制备好的Fe
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BEA分子筛催化剂装填与固定床微型石英管反应器的恒温区域内。反应空速12000h1，进料配比40％笑气，10％甲烷，平衡气为氦气。反应后的气体进入气相色谱进行产物分析。本专利技术的优势是：根据现有研究，选用吸附能力高、孔道结构均匀及催化活性高的Fe
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BEA分子筛为活性组分，制备了用于用于畜牧业废气N2O、CH4协同催化燃烧的分子筛催化剂。可以在较低温度下，使N2O、CH4基本完全分解转化，催化活性稳定。同时本专利技术制备工艺简单，成本低廉，适合工业化生产和应用。
附图说明
图1为0.5％Fe
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BEA、1％Fe
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BEA、2％Fe
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BEA、3％Fe
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BEA、5％Fe
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BEA催化剂用于N2O、CH4协同催化燃烧时，N2O的转化率。图2为0.5％Fe
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BEA、1％Fe
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BEA、2％Fe
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BEA、3％Fe
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BEA、5％Fe
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BEA催化剂用于N2O、CH4协同催化燃烧时，CH4的转化率。图3实施例3催化剂在250℃条件下进行20小时稳定性测试笑气和甲烷转化率与时间的关系。
具体实施方式
下面结合实施例对本专利技术做进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不局限于实施
例所示的范围。实施例1：0.5％Fe
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BEA分子筛催化剂的制备将H
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BEA分子筛放入马弗炉进行焙烧，马弗炉初始温度设定为30℃，利用程序升温10℃/min进行升温，达到终止温度550℃，在550℃保持6h。精确称量焙烧后H
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BEA分子筛本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于畜牧业废气N2O、CH4协同催化燃烧的Fe
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BEA分子筛催化剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)将H
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BEA分子筛放入马弗炉进行焙烧，马弗炉初始温度设定为30℃，利用程序升温10℃/min进行升温，达到终止温度550℃，在550℃保持6h；(2)按质量比分别为焙烧后H
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BEA分子筛：九水合硝酸铁：水＝1：0.06～0.54：40；称量焙烧后H
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BEA分子筛、九水合硝酸铁、水，并置于90℃恒温水浴中搅拌回流4小时，然后旋蒸、干燥、研磨、焙烧，得到Fe
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BEA改性分子筛催化剂；干燥温度为100℃，干燥时间12h；焙烧初始温度30℃，升温速率2℃/min，焙烧温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈标华，温鹏，刘宁，代成娜，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：