一种超低温脱硝催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种超低温脱硝催化剂及其制备方法和应用，所述超低温脱硝催化剂包括

【技术实现步骤摘要】
一种超低温脱硝催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于脱硝
，涉及一种超低温脱硝催化剂及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]现阶段，大气污染已经发展成为了全球性问题
。NO
x
对生态环境和人类健康产生了严重的危害，国家法律法规对于
NO
x
的排放要求也越来越严格
。NO
x
的防治已成为目前生态环境保护领域重要的组成部分
。
[0003]氨选择性催化还原
(NH3‑
SCR)
技术现已成为目前工业上烟气脱硝的主流技术，常用于
NH3‑
SCR
的典型商业催化剂是
V2O5‑
WO3(MoO3)/TiO2(V
‑
W/Ti)
，其在
300
～
400℃
的温度范围内具有很高的脱硝活性
。
但是，
V
‑
W/Ti
较窄的工作温度区间已经不能满足烟气净化的要求，急需开发在低温下具有高活性高选择性的新型
NH3‑
SCR
催化剂
。
[0004]因此，亟需开发一种低温下具有高活性高选择性的
NH3‑
SCR
催化剂
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种超低温脱硝催化剂及其制备方法和应用
。r/>本专利技术通过在
LiMn2O4尖晶石基体表面负载金属氧化物团簇，并引入改性离子，可以极大改善酸性和氧化还原性难以平衡的问题；在
LiMn2O4尖晶石基体
、
金属氧化物团簇和改性离子的共同作用下，催化剂在低温下仍具有高活性和高选择性
。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种超低温脱硝催化剂，所述超低温脱硝催化剂包括
LiMn2O4尖晶石基体和负载在所述基体表面的金属氧化物团簇，所述
LiMn2O4尖晶石基体中包含改性离子
。
[0008]锰基催化剂由于丰富的可变价态和强大的氧化还原能力，在低温下显示出出色的选择性催化还原
(SCR)
活性
。
由于尖晶石结构催化剂中不同金属位点的协同作用会增强电子转移，因而，具有尖晶石结构的锰基催化剂在
NH3‑
SCR
领域受到关注
。
并且，酸性中心和氧化还原中心影响
NH3和
NO
x
在催化剂表面的吸附和活化，是指导
NH3‑
SCR
催化剂设计和合成的两个最关键因素
。
[0009]本专利技术提供了一种超低温脱硝催化剂，包括
LiMn2O4尖晶石基体，它是一种多配位构型催化剂，其晶体结构中含有四面体配位和八面体配位，可进行定向优化；通过金属氧化物团簇和改性离子的协同作用，可以极大改善酸性和氧化还原性难以平衡的问题，其中，在体相上，基于
LiMn2O4的
Li
离子嵌入脱出特性，引入改性离子从而达到调节酸性的作用；在表相上，负载金属氧化物团簇，进而可调控催化剂的酸性及氧化还原能力
。
因此，本专利技术在
LiMn2O4尖晶石基体
、
金属氧化物团簇和改性离子的共同作用下，催化剂在低温下仍具有高活性和高选择性，能够实现超低温脱硝
。
[0010]优选地，所述金属氧化物团簇包括过渡金属氧化物团簇
。
[0011]优选地，所述过渡金属氧化物团簇中的过渡金属元素包括钨
、
钒
、
钼
、
铌
、
镧
、
铜
、
铁
、
铈
、
铬
、
锆
、
锰
、
钕，钐，钴
、
银
、
锌
、
铕
、
钇
、
镝
、
镱
、
镨和钛元素中的至少一种
。
[0012]优选地，以所述超低温脱硝催化剂的总质量为基准，所述金属氧化物团簇的质量占比为
0.1
‑
10
％，例如可以是
0.1
％
、0.2
％
、0.3
％
、0.5
％
、1
％
、2
％
、3
％
、4
％
、5
％
、6
％
、7
％
、8
％
、9
％或
10
％等，优选为
0.5
‑1％
。
[0013]优选地，所述改性离子包括氢离子和
/
或金属离子
。
[0014]优选地，所述金属离子包括铁
、
铈
、
镧
、
铜
、
铬和钒离子中的至少一种，优选为铁
、
铈
、
镧
、
铜
、
铬和钒离子中的任意一种
。
[0015]第二方面，本专利技术提供了一种第一方面所述的超低温脱硝催化剂的制备方法，所述制备方法包括：
[0016]对
LiMn2O4尖晶石材料依次进行离子交换改性和金属氧化物团簇负载改性；
[0017]或者，对
LiMn2O4尖晶石材料依次进行金属氧化物团簇负载改性和离子交换改性，得到所述超低温脱硝催化剂
。
[0018]本专利技术的制备方法操作简单，成本低廉，通过离子交换改性和金属氧化物团簇负载改性的步骤，分别实现改性离子的引入和金属氧化物团簇的负载，制得的催化剂在低温下仍具有高活性和高选择性
。
并且，本专利技术提供的制备方法中，可以先进行离子交换改性，再进行金属氧化物团簇负载改性；也可以先进行金属氧化物团簇负载改性，再进行离子交换改性
。
这两种方法均可制备得到本专利技术的超低温脱硝催化剂
。
[0019]优选地，所述的超低温脱硝催化剂的制备方法包括：对
LiMn2O4尖晶石材料依次进行金属氧化物团簇负载改性和离子交换改性，得到所述超低温脱硝催化剂
。
即优选采用先负载再交换的顺序
。
[0020]本专利技术对
LiMn2O4尖晶石材料的来源不作具体限定，可以是自制的
LiMn2O4尖晶石材料，也可以是由废旧电池回收而来的
LiMn2O4尖晶石材料
。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种超低温脱硝催化剂，其特征在于，所述超低温脱硝催化剂包括
LiMn2O4尖晶石基体和负载在所述基体表面的金属氧化物团簇，所述
LiMn2O4尖晶石基体中包含改性离子
。2.
根据权利要求1所述的超低温脱硝催化剂，其特征在于，所述金属氧化物团簇包括过渡金属氧化物团簇；优选地，所述过渡金属氧化物团簇中的过渡金属元素包括钨
、
钒
、
钼
、
铌
、
镧
、
铜
、
铁
、
铈
、
铬
、
锆
、
锰
、
钕，钐，钴
、
银
、
锌
、
铕
、
钇
、
镝
、
镱
、
镨和钛元素中的至少一种；优选地，以所述超低温脱硝催化剂的总质量为基准，所述金属氧化物团簇的质量占比为
0.1
‑
10
％，优选为
0.5
‑1％；优选地，所述改性离子包括氢离子和
/
或金属离子；优选地，所述金属离子包括铁
、
铈
、
镧
、
铜
、
铬和钒离子中的至少一种，优选为铁
、
铈
、
镧
、
铜
、
铬和钒离子中的任意一种
。3.
一种权利要求1或2所述的超低温脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：对
LiMn2O4尖晶石材料依次进行离子交换改性和金属氧化物团簇负载改性；或者，对
LiMn2O4尖晶石材料依次进行金属氧化物团簇负载改性和离子交换改性，得到所述超低温脱硝催化剂
。4.
根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述离子交换改性包括氢离子交换改性或金属离子交换改性；优选地，所述氢离子交换改性包括以下步骤：将待改性材料和酸溶液混合，进行交换；优选地，所述酸溶液中的酸包括硝酸
、
盐酸和醋酸中的至少一种；优选地，所述酸溶液的浓度为0‑
2.0mol/L
，且不为0，优选为
0.1
‑
1.0mol/L
；优选地，所述待改性材料和酸溶液的固液质量比为
1:(1
‑
100)
；优选地，所述待改性材料和酸溶液的交换过程中伴有搅拌；优选地，所述待改性材料和酸溶液的交换时间为0‑
300min
，且不为0，优选为
10
‑
30min。5.
根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述金属离子交换改性包括以下步骤：将待改性材料和金属盐溶液混合，进行交换，然后对交换产物进行煅烧；优选地，所述金属盐溶液中的金属盐包括硝酸铁
、
硝酸铈
、
硝酸镧
、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张一波，杨焮，刘凯杰，杨向光，
申请(专利权)人：中国科学院赣江创新研究院，
类型：发明
国别省市：