一种用于催化分解高浓度N2O的复合氧化物催化剂及其制备方法技术

一种用于催化分解高浓度N2O的复合氧化物催化剂及其制备方法，属于大气污染治理技术领域。本发明专利技术的催化剂为镍、铌和钴组成的复合氧化物，分子通式为Ni

【技术实现步骤摘要】
一种用于催化分解高浓度N2O的复合氧化物催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于环境保护催化材料和大气污染治理
，涉及一种复合金属氧化物催化剂及其制备方法，尤其适用于在富氧含水情况下较低温将高浓度N2O催化分解成O2和N2。

技术介绍

[0002]N2O俗称为“笑气”，它不仅是一种温室气体，而且还会严重污染大气环境。N2O的全球增温潜能大约是CO2的310倍、CH4的21倍。可在空气中长期稳定，且极易破坏臭氧层。随着工业中己二酸、硝酸、煤化工等化学合成工业品的飞速发展，造成了大气中N2O浓度持续上升。其中己二酸行业和硝酸行业排放的N2O排放量最大，其中己二酸尾气中N2O排放量约占全球工业生产N2O总排放量的10％。但是己二酸行业和硝酸行业中排放的N2O往往浓度比较高，且含有一定比例的O2和H2O。一般催化剂在富氧含水情况下往往会活性降低，甚至会失去活性。本专利技术将针对己二酸和硝酸行业中尾气中高浓度的N2O且有一定比例的O2和H2O这一现实问题进行催化剂的设计与研究。
[0003]目前研究报道的N2O分解消除催化剂主要有贵金属催化剂、金属氧化物催化剂和分子筛催化剂三大类。
[0004]贵金属催化剂是研究较早的一类传统催化剂，研究较多的主要有Rh、Ir、Ru、Pd、Pt等元素，它们的缺点很明显。专利CN102451683A研究公开了以TiO2改性的Al2O3为载体、VIII族贵金属为活性组分的催化剂，该催化剂由于市场价格高，易受到SO2等杂质气体的毒害，极大限制了它在复杂工业尾气催化减排上的应用。
[0005]分子筛类催化剂以Co、Fe、Cu交换的ZSM
‑
5、BETA、FER等分子筛为主，但该类催化剂与贵金属催化剂、金属氧化物催化剂相比，分子筛成本高，易堵孔失活。专利CN102380410A是以丝光沸石为载体，负载钴、铁的双金属复合氧化物的催化剂，具有一定抗水和氧中毒能力。不足的是沸石催化剂成本高，易堵孔失活。
[0006]过渡金属氧化物催化剂，其主要Co、Ni、Cu的氧化物，以及它们之间以不同比例组合所形成的混合氧化物、氧化物固溶体或它们之间形成的钙钛矿、尖晶石型复合物。并且已有较多的助剂被研究报道可以提高N2O分解催化活性。研究表明，这些助剂只有在催化剂中占有相当少时才对N2O分解活性的提高才是有效的。专利CN104624203A研究公开了一种Pb修饰Co氧化物基体的N2O分解催化剂，对于CO2、SO2等杂质气体有较强的耐受性。但该催化剂没有对富氧含水情况下的N2O催化活性进行考察。专利CN101204657A研究公布了于添加碱金属的钴铈复合氧化物催化剂及其制备方法。催化剂组成为Co3O4，Ce/Co＝0～1(摩尔比)的CeO2和M/Co＝0.01～1(摩尔比)的碱金属(Li，Na，K，Rb，Cs)；在常压、260～370℃(炉温)、空速为0.2g
·
s
·
cm
‑3反应条件下，在固定床反应器中，将浓度为1000ppm的N2O直接催化分解为N2和O2。专利CN104475112A研究公开了一种ZnAl2O4为载体负载活性组分CuO和Fe、Co、Ni、Zr、Mg、Ca、Ba氧化物中的一种或两种活性组分的催化剂，有一定的抗水中毒能力。以上催化
剂催化分解的N2O浓度较低，无法满足分解高浓度N2O的要求。
[0007]鉴于国内脱除N2O催化剂的开发应用的不足，需要开发一种抗水和氧中毒能力强，催化活性温度低，使用寿命长，整体的机械强度和热稳定性好的催化剂，此催化剂能为此提出了一种解决方案。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于解决硝酸行业和己二酸行业排放的N2O尾气问题，提供一种用于催化分解富氧含水条件下高浓度N2O的复合氧化物催化剂，该催化剂能高效催化分解N2O，实现了硝酸装置和己二酸装置中工业废气的净化，能大幅降低工业生产中N2O的排放。尤其可以在低温条件下将N2O 100％降解。
[0009]本专利技术提供的用于催化分解富氧含水条件下高浓度N2O的复合氧化物催化剂，催化剂为镍、铌和钴组成的复合氧化物，分子通式为Ni
x
Nb
y
Co
z
O
w
，x/z＝0～0.5，y/z＝0～0.5，y不为0，进一步优选x、y均不为0，w对应的O量用于补足负价物质。
[0010]本专利技术提供的用于催化分解富氧含水条件下高浓度N2O的复合氧化物催化剂，在Ni
x
Nb
y
Co
z
O
w
的基础上还复合有金属M的氧化物，所述金属M的氧化物为碱金属或碱土金属中的一种、两种，或两种以上的组合的金属氧化物，M金属为钴摩尔分数的0.5～10％，即分子通式为M
a
‑
Ni
x
Nb
y
Co
z
O
w
，其中a/z＝0.005～0.1。
[0011]在本专利技术中，碱金属为Na、K、Rb或Cs；碱土金属为Mg、Ca、Sr或Ba。
[0012]本专利技术提供的用于催化分解富氧含水条件下高浓度N2O的复合氧化物催化剂，制备方法包括以下步骤：
[0013](a)将各组分相应的金属盐置去离子水中，形成金属溶液并充分搅拌30分钟。当复合金属M含有碱土金属时，一般将碱土金属可溶性盐与上述金属盐混合溶解形成水溶液。
[0014](b)将沉淀剂溶解在去离子水中，形成沉淀剂溶液并充分搅拌。当复合金属M含有碱金属时，一般将碱金属可溶性盐或碱与上述沉淀剂混合溶解形成沉淀剂溶液。
[0015](c)将沉淀剂溶液逐滴滴加到金属溶液中，使混合溶液pH>12，在室温下老化1小时，并收集沉淀物质；
[0016](d)将沉淀物质在80～120℃下干燥12～24小时，在马弗炉中300～750℃焙烧3～10小时得到催化剂。
[0017]其中沉淀剂为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化铯、碳酸钾、碳酸氢钾和尿素中的一种或多种，所述金属盐为硝酸盐、碳酸盐或醋酸盐，所述复合金属M可为盐或碱，沉淀物收集方式为减压抽滤、离心收集、旋蒸收集。
[0018]与现有技术相比本专利技术具有以下有益效果：
[0019](1)该催化剂制备方法简单，原料廉价易得，对人体和环境无害，便于工业化生产，具有良好的应用前景。
[0020](2)该催化剂应用条件广泛，在常压、空速1000～30000/小时、反应温度为450～500℃条件下，能实现在5～15％O2、H2O浓度为0～20％条件下，对5～30％N2O的完全催化分解。能够在较低温度下依然保持较好的催化活性。
附图说明
[0021]图1是实施例1
‑
5条件下制备的催化剂的XRD图谱。
[0022]图2是实例1
‑
5条件下不同催化剂催化分解N2O的转化率随温度变化曲线。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于催化分解富氧含水条件下高浓度N2O的复合氧化物催化剂，其特征在于，催化剂为镍、铌和钴中的两种或三种组成的复合氧化物，分子通式为Ni
x
Nb
y
Co
z
O
w
，x/z＝0～0.5，y/z＝0～0.5，y不为0，进一步优选x、y均不为0，w对应的O量用于补足负价物质。2.按照权利要求1所述的一种用于催化分解富氧含水条件下高浓度N2O的复合氧化物催化剂，其特征在于，在Ni
x
Nb
y
Co
z
O
w
的基础上还复合有金属M的氧化物，所述金属M的氧化物为碱金属或碱土金属中的一种、两种，或两种以上的组合的金属氧化物，M金属为钴摩尔分数的0.5～10％，即分子通式为M
a
‑
Ni
x
Nb
y
Co
z
O
w
，其中a/z＝0.005～0.1。3.按照权利要求2所述的一种用于催化分解富氧含水条件下高浓度N2O的复合氧化物催化剂，其特征在于，碱金属为Na、K、Rb或Cs；碱土金属为Mg、Ca、Sr或Ba。4.权利要求1
‑
3任一项所述的一种用于催化分解富氧含水条件下高浓度N2O的复合氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将各组分相应的金属盐置去离子水中，形成金属溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张润铎，郭孟飞，康彬，邸钊滢，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：