本发明专利技术涉及催化剂在使用含氮还原剂进行的氮氧化物的选择性催化还原中的应用。这些催化剂的特征为纯相的晶格氧化物材料，其中以高的分散水平结合了催化活性的阳离子，使得常规的分析揭示出一种高度纯相的材料。这些材料进一步的特征为在预期的应用中高的活性、水热耐久性和耐毒性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】ZrOx> Ce-ZrOx> Ce-Zr-REOx作为主体基质用于低温、水热耐久的、抗毒性的SCR催化剂的氧化还原活性阳离子 氮的氧化物，确切地说是统称为NOx的NO和NO2,是公知的并且是例如机动车辆的内燃发动机、由化石燃料提供动力的发电体系以及工业过程的有毒副产物。NOx、且更确切地说NO，是通过在燃烧过程中的自由基反应而形成的，首先由Y. B. Zeldovich (苏联物理化学学报(Acta 卩1^81。0-。116111.旧510，21(1946)577)鉴定出，8口 N2+0 — N0+N (I)N+02 — N0+0 (2)如所指出的，氮氧化物对活体有直接的毒性(P. E. Morrow J.毒物学和环境健康(Toxicol Environ Health) 13 (2-3)，(1984)，205-27)，此外，NOx 直接造成了若干环境污染来源并且是其中的间接因素。因此氮氧化物直接涉及酸雨的形成，但也是在产生光化 学烟雾和臭氧的过程中的反应物，光化学烟雾和臭氧一直与对人体健康的显著不良影响(M. V. Twigg,应用催化 B (Applied Catalysis B)，第 70 卷，(2007)，2)相关。因此，已经引入了日渐严厉的法规限制，以便规范此类化合物从汽油和柴油内燃发动机的废气中的排放，例如Euro 5或Euro 6 [欧洲议会和欧洲理事会的规范(EC)编号715/2007，2007年6月20日，欧盟官方期刊L 171/1,还参见Twigg,应用催化B (Applied Catalysis B)，第70卷，(2007),第 2-25 页和 R. M. Heck, R. J. Farrauto 应用催化 A (Applied Catalysis A)第221卷，(2001)，第443-457页及其中的参考文献]。满足化学计量的汽油发动机的法定NOx目标的这项挑战已经通过应用充分发展的、三向催化转化器(例如参见SAE 2005-01-1111)的化学过程而得到了解决。然而，对于柴油压缩点火发动机或其他稀燃料(即富氧)的燃烧循环(例如稀汽油直接注入)的NOx还原而言正好相反，因为三向催化转化仅在化学计量的空气燃料比率下才是有效的(SAE2005-01-1111)。因此，虽然柴油/压缩点火发动机可以提供更高的耐久性、在低发动机rpm下提供高扭矩、以及增大的燃料经济性/减少的排放，但它们固有的稀油燃烧工作方式为满足法定NOx目标提出了重大挑战。因此，已经开发了一系列的排气后处理技术来满足这个要求。这些技术包括但不限于发动机控制方法学/修改、替代性的燃烧循环以及使用后处理体系，例如通过促进化学变化将不希望的NOx物种转化为氮气而消除排气污染物的催化控制装置。当前的NOx控制技术包括柴油NOx捕集/NOx储存催化剂(DNT/NSC)、尿素/NH3选择性催化还原催化剂(SCR)以及烃-SCR催化剂。尿素/氨SCR催化剂的化学过程包括一组复杂的分解(对于尿素进料而言为方程式3)以及还原-氧化反应(方程式4-9)，带有多种表面中间体，这些中间体形成了广泛的学术和实践研究的基础，例如应用催化B (App Cat B) 13 (1997) 1-25、应用催化B (App CatB) 84(2008)497、物理化学期刊 C (J. Phys. Chem. C) (2009), 113, 1393,SAE 2008-01-1184、SAE 2008-01-1323等等。这些反应总结在方程式3_9中。方程式4_6详细说明了所希望的选择性催化还原(SCR)催化剂的化学过程，即在氮的氧化形式(NO，NO2)与氮的还原形式(NH3)之间的相互作用以及一个后续的缩合反应给出了 NjPH2O作为主要反应产物。然而，在某些实例中，可能发生附加的竞争过程，这些过程可能造成还原剂浓度的损失，即注入的尿素/氨的所谓的寄生氧化(方程式7-9)，这造成了 N2和H2O的形成(最佳的情况为方程式7)、N20的形成、强大的温室气体(比CO2强约300，方程式9)、或甚至另外的N0x(方程式8)。(3) (NH2) C0+4H20 — 2NH3+6C02 尿素水解(4) 4N0+4NH3+02 — 4N2+6H20 标准的/“慢” SCR(5) 3N02+4NH3 — (7/2) N2+6H20 仅 NO2 的 SCR(6) N0+N02+2NH3 — 2N2+3H20 “快” SCR (7) 4NH3+302 — 2N2+6H20NH3 到 N2 的寄生氧化 (8) 4NH3+502 — 4N0+6H20NH3 到 NO 的寄生氧化(9) 2NH3+202 — N20+3H20NH3 到 N2O 的寄生氧化主要反应机理在方程式(3)中表示。然而，在实际条件下，已经反复证明，约50%的NOx作为NO2存在的N0/N02混合物的反应通过NH3造成了最高的NOx转化率(方程式4)(E. S. J. Lox异相催化手册第二版(Handbook of Heterogeneous Catalysis 2nd Edition),第2274-2345页及其参考文献)。此外，虽然已知在NH3与NO2之间发生反应(方程式5)，然而它不是动力学主导的，因此随着NO2浓度增大到高于约50%，存在与之相伴的催化剂活性和总速率的降低(A. Grossale, I. Nova, E. Tronconi, D. Chatterjee, M. Weibel,催化期刊(J. Catal), 256 (2008) 312-322)。然而，应当随时强调的是，这些反应的速率还将严重地依赖于在这个特定实例中的反应温度、所用的催化剂的种类并且确实依赖于气流中反应性毒物的存在以及其中所采用的不同催化剂配方的相对耐毒性。NH3SCR已经成功地应用于整治来自大型工业设备(例如发电站)的排气中的NOx超过20年。因此，在本领域具有广泛的现有技术。以下的讨论将试图对这部分工作进行简短的提要。被开发用于这个过程的第一类材料是基于负载在氧化钛上的氧化钒。这类催化剂可以额外地通过其他金属如钨(或其他增强NH3活性/吸附性的酸性金属)或者碱金属或碱土金属(作为NOx捕捉器)来强化。这类技术最初被开发用于发电站，但是最近已经被应用于移动型应用。在优选的约200-400摄氏度的工作窗口中，其长久的商业历史、相对较低的成本和高性能使得这类技术对某些应用而言是有吸引力的。然而，对这些催化剂而言存在几个缺点，这些缺点对于车辆应用是尤其严重的。这些缺点包括有限的水热耐久性、尤其是在DPF (柴油颗粒过滤器)再生的严酷条件下，有限的催化剂寿命，易受排气组分(例如SOx)毒害，以及在低温(〈250° C，NH3活性和NO还原很低)和高温(> 约400° C，NH3的寄生氧化有问题)下较差的活性。除其他之外，氧化钒-氧化钛SCR的示例性参考文献包括US4,085，193、US 4,916，107、US4, 929，586、US 5，827，489、US 6，475，944、US 7，431，895、US7，498，010 以及 US2005/0069477A1。第二类SCR催本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.26 US 12/732,8191.一种通过在基底金属氧化物催化剂的存在下将氮氧化物与含氮的还原剂相接触来将所述氮氧化物转化为氮气的方法，该催化剂包括 (a)一种>95%的纯相的晶格结构，如通过常规的粉末X射线衍射(XRD)方法测定的；以及 (b)分散在所述晶格结构中的、有催化活性的阳离子，而没有形成其他的相，其中该纯相的晶格结构是从锆的氧化物获得的。2.根据权利要求I所述的方法，其中，该纯相的晶格结构是从铈-锆氧化物的固溶体获得的。3.根据权利要求1-2中的一项或多项所述的方法，其中，这些活性的、分散的阳离子是选自下组中的I种或多种元素，该组由以下各项组成元素周期表的过渡金属系列、元素周期表的碱土金属族以及元素周期表的碱金属族。4.根据权利要求1-3中的一项或多项所述的方法，其中，这些活性的、分散的阳离子是选自Cu、Fe、Nb、Ta、W及其混合物组成的组。5.根据权利要求1-4中的一项或多项所述的方法，其中，该温度是从约150°C到约700。 Co6.根据权利要求1-5中的一项或多项所述的方法，其中，该氮氧化物到氮气的转化是在氧气过量的条件下进行的。7.根据权利要求1-6中的一项或多项所述的方法，其中，引入了含氮的还原剂的一种来源，以便在催化剂入口处给出在0. 5到2的一个有效NH3 = NOx比率(a比率)。8.根据权利要求1-7中的一项或多项所述的方法，其中，在该催化剂的入口处记录的NOiNO2比率是按体积计从1:0到1:3。9.根据权利要求8所述的方法，其中，在...
【专利技术属性】
技术研发人员：B·W·L·索思沃德，J·G·努南，
申请(专利权)人：尤米科尔股份公司及两合公司，
类型：发明
国别省市：
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