CN102574108B - 用于分解氮氧化物的混合金属氧化物催化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于分解氮氧化物的混合金属氧化物催化剂、其制备方法以及使用该混合金属氧化物催化剂分解氮氧化物的方法，在该催化剂中，含有碱金属的水滑石前体含浸有或层间插有非贵金属。由于所述混合金属氧化物催化剂即使在低温下也能分解NOx、N2O或它们的混合物，因此该催化剂具有优良的催化活性，并且由于该催化剂没有使用贵金属，因此该催化剂是经济的。

Description

用于分解氮氧化物的混合金属氧化物催化剂
技术领域
本发明涉及混合金属氧化物催化剂、其制备方法、以及使用所述混合金属氧化物催化剂分解氮氧化物的方法，在所述混合金属氧化物催化剂中，含有碱金属的水滑石前体含浸有或层间插有非贵金属。
背景技术
随着全球气候改变所引起的破坏日益加剧，近年来空气污染问题已经引起了人们的极大关注。在与全球变暖有关的物质中，一氧化二氮(N2O)能够产生温室效应，其产生的温室效应是二氧化碳(CO2)的310倍，并且一氧化二氮在空气中是稳定的化合物，据推测，其在空气中能存留20～100年。另外，一氧化二氮(N2O)会破坏平流层中的臭氧层。因此，已知的是，当一氧化二氮(N2O)的量升高两倍时，臭氧的量就会减少2％。
氮氧化物是燃烧化石燃料或焚烧各种废弃物的过程中不可避免的副产物，并且氮氧化物会通过在空气中发生的光化学反应而产生光化学烟雾和各种二次污染物(O3、PAN等)。也就是说，氮氧化物对空气污染而言是非常重要的。为了处理由气候改变引起的危机，需要有效地除去作为温室气体的一氧化二氮(N2O)并且将氮氧化物(NOx)一并除去。
关于分解N2O和NOX的常规技术，已经提出了控制燃烧炉的温度的方法、使废气再循环的方法、安装特殊燃烧器的方法等。然而，这些方法的性能较差。此后，已经将选择性催化还原法(SCR)投入实际应用，但该方法存在的问题是：设备成本高并且其性能会随着催化剂的老化而变差。
由Alini等人提交的专利文献1公开了一种使用含有铑(Rh)的水滑石(hydrotalcite)催化剂，在400℃或更高的温度下分解N2O气体的方法。但是，该方法的问题在于，当N2O为等于或小于200ppm的非常低的浓度时，其必须在400℃或更高的高温下进行反应，并且含有铑(Rh)的水滑石催化剂价格昂贵。
专利文献2公开了一种使用废气作为还原剂并且使用经过钴盐交换的β-沸石作为催化剂，来催化还原含有轻质烃的废气中所含的氮氧化物的方法。但是，该方法的问题在于，即使在高温下使用大量的还原剂(比NOX情况中使用的量大2倍或更多倍)使N2O发生反应，N2O的转化率仍然很低。
根据Javier P.R.等人撰写的论文[Reduction of N2O with CO OverFeMFI zeolites.，Catal.223(2004)]，与常规技术相比，当在一氧化碳(CO)作为还原剂的情况下使用涂覆有铁(Fe)的沸石催化剂分解N2O时，N2O的分解率有所提高。但是，存在的问题是，必须在400℃或更高的高温下分解N2O。
专利文献3公开了一种使用以下催化剂通过催化还原来直接还原氮氧化物的方法，在该催化剂中，固体粉末状载体上担载有金属。但是，该方法的问题在于，即使在400℃或更高的高温下，N2O的转化率也仅为50％或更少。
由Schwefer等人提交的专利文献4公开了一种使用含有铁的ZSM-5催化剂和还原剂(氨)在450℃的温度和6.5巴的压力下分解N2O和NOX的方法。但是，该方法的问题在于，N2O的转化率为64％，NOX的转化率为78％，它们的转化率都有些低，并且该方法的问题还在于，分解温度和压力都很高。
在由Nagata、Hihara等人提交的专利文献5中，用硝酸铁含浸经过铁离子交换的β-沸石，然后在500℃下焙烧5小时，从而制备含有约4％的铁氧化物的离子交换催化剂，随后将该催化剂与粘结剂混合，接着施加到蜂窝状载体上，然后测试所述催化剂的性能。在这种情况中，当使用尿素作为还原剂在200℃的低温下分解包含在柴油机的废气中的NOX时，存在的问题是NOX的转化率为约43％，这是很低的。
专利文献1：欧洲专利公开No.1262224
专利文献2：韩国专利No.0359675
专利文献3：韩国专利No.0408880
专利文献4：美国专利No.7462340
专利文献5：美国专利No.7501105
发明内容
技术问题
因此，为了解决上述问题，本发明人进行了广泛的研究。结果发现，含有碱金属的水滑石前体含浸有或层间插有非贵金属这样的混合金属氧化物催化剂，在分解氮氧化物方面的催化活性等同于诸如Rh、Pd等贵金属催化剂的催化活性。基于这一发现，完成了本发明。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于分解氮氧化物的催化剂，其中，含有碱金属的水滑石前体含浸有或层间插有非贵金属。
本发明的另一个目的是提供一种制备用于分解氮氧化物的所述催化剂的方法。
本发明还有一个目的是提供一种使用用于分解氮氧化物的所述催化剂使得即使在低温下也能分解NOx、N2O或它们的混合物的方法。
技术方案
为了实现上述目的，本发明一个方面提供了一种用于分解氮氧化物的混合金属氧化物催化剂，其中，含有碱金属的水滑石前体含浸有或层间插有非贵金属。
这里，含有碱金属的水滑石前体由以下式1表示：
[式1]
L+ a·[M2+ 1-xN3+ x(OH)2]x+[An- (x+a)/n·bH2O]
其中L+为选自由Na+、K+、Li+、Rb+、Cs+和Fr+组成的组中的至少一者，M2+为选自由Mg2+、Ca2+、Ni2+、Zn2+、Sr2+、Ba2+、Fe2+、Cu2+、Co2+、Pd2+和Mn2+组成的组中的至少一者，N3+为选自由Al3+、Mn3+、Fe3+、Co3+、Ni3+、Cr3+、Ga3+、B3+、La3+、Ce3+和Rh3+组成的组中的至少一者，An-为选自由CO3 2-、NO3 -、SO4 2-、Cl-、OH-、SiO3 2-、MnO4 2-、HPO3 2-、MnO4 2-、HGaO3 2-、HVO4 2-、ClO4 -和BO3 2-组成的组中的至少一者，x为0.01～0.5，a为0.01～1，并且b为0～20的整数。
另外，非贵金属可以为选自由Ni、Co、Fe、Mn、Al、Ce、Cu、Zn、Ba、Mg、Ca和Sr组成的组中的至少一者，所述非贵金属的量可以为0.01重量％～20重量％。
本发明另一个方面提供了一种制备用于分解氮氧化物的混合金属氧化物催化剂的方法，该方法包括以下步骤：提供含有碱金属的水滑石前体；用非贵金属对所述水滑石前体进行含浸或插层；以及在100℃～1000℃的温度下焙烧用所述非贵金属含浸或插层的所述水滑石前体，从而形成混合金属氧化物催化剂。
本发明还有一个方面提供了一种使用混合金属氧化物催化剂分解氮氧化物的方法，该方法包括以下步骤：在混合金属氧化物催化剂的存在下，使氮氧化物与含有还原剂的气体混合物反应，所述氮氧化物包括N2O、NOx以及它们的混合物，在所述混合金属氧化物催化剂中，含有碱金属的水滑石前体含浸有或层间插有非贵金属。
这里，所述还原剂可以为选自由1至6个碳原子的烃、1至6个碳原子的醇、SO2、NH3和CO组成的组中的至少一者。
另外，气体可以以1,000h-1～200,000h-1的气时空速通过所述催化剂，并且所述气体的压力可以为1个大气压或更高。
另外，反应温度可以为150℃～500℃。
另外，所述氮氧化物的量可以为0.001重量％～31重量％，并且所述还原剂的量可以为0.001重量％～21重量％。
有益效果
根据本发明，当采用含有碱金属的水滑石前体制备的混合金属氧化物催化剂被用来分解氮氧化物时，该混合金属氧化物催化剂能够表现出与贵金属催化剂相同的催化活性，而不需使用诸如Pd、Rh等贵金属，因此降低了制备成本。另外，即使在300℃或更低的低温下，该混合金属氧化物催化剂也能有效地分解氮氧化物，从而可以降低操作成本，结果使得该催化剂可以被长期使用。
具体实施方式
以下将详细地描述本发明。
如以上所述，本发明提供了一种用于分解氮氧化物的混合金属氧化物催化剂，其中，水滑石前体含浸有或层间插有诸如钾(K)之类的碱金属，因此该催化剂能够通过简单经济的工艺来分解工业上产生的包括N2O、NOx以及它们的混合物在内的氮氧化物。
另外，本发明提供了一种制备用于分解氮氧化物的混合金属氧化物催化剂的方法，该方法包括以下步骤：提供含有碱金属的水滑石前体；用非贵金属对所述水滑石前体进行含浸或插层；以及在100℃～1000℃的温度下焙烧用所述非贵金属含浸或插层的水滑石前体，从而形成混合金属氧化物催化剂。
水滑石化合物是阴离子粘土化合物，其上层和下层都带有阳离子，并且其中间层能够与阴离子发生交换。水滑石化合物是由氢氧化镁、氢氧化铝等构成的，水滑石化合物丰富地存在于土壤中，并且可以通过以下方式人工合成：形成螯合剂与络合物的阴离子，接着使所述阴离子共沉淀，以将金属阳离子引入双层氢氧化物中。
水滑石化合物具有大的表面积、高记忆效应和碱性组成，并且通过加热而形成具有非常小的颗粒尺寸、具有结晶性和对热处理具有稳定性的均质氧化物。在水滑石化合物中，部分二价金属被尺寸与该二价金属的尺寸相近的三价金属代替，使得其层中的负电荷相对不足，由此使得水滑石化合物可以带正电，从而形成正电荷、以及插在层与层之间以抵消所形成的正电荷的阴离子(诸如CO3 2-、OH-等)，并且水与这些阴离子配合，由此形成层状结构。
在本发明中，使用含有诸如钾(K)等碱金属的水滑石化合物作为混合金属氧化物催化剂的前体。
含有碱金属的水滑石前体是由以下式1表示的多孔材料，并且该水滑石前体以不同的方式被用作催化剂。
[式1]
L+ a·[M2+ 1-xN3+ x(OH)2]x+[An- (x+a)/n·bH2O]
在所述水滑石前体中，L+、M2+和N3+分别是金属阳离子。这里，L+为选自由Na+、K+、Li+、Rb+、Cs+和Fr+组成的组中的一价碱金属阳离子；M2+为选自由Mg2+、Ca2+、Ni2+、Zn2+、Sr2+、Ba2+、Fe2+、Cu2+、Co2+、Pd2+和Mn2+组成的组中的二价金属阳离子；N3+为选自由Al3+、Mn3+、Fe3+、Co3+、Ni3+、Cr3+、Ga3+、B3+、La3+、Ce3+和Rh3+组成的组中的三价碱金属阳离子。M2+和N3+的摩尔比可以为1∶1～100∶1，优选为1∶1～5∶1。
另外，在所述水滑石前体中，An-是选自由CO3 2-、NO3 -、SO4 2-、Cl-、OH-、SiO3 2-、MnO4 2-、HPO3 2-、MnO4 2-、HGaO3 2-、HVO4 2-、ClO4 -、BO3 2-以及它们的组合所组成的组中的至少一种阴离子成分。
同时，在以上式1中，a是0.01～1，x是0.01～0.5，并且b是0～20的整数。
由于从含有碱金属的水滑石前体制备的混合金属氧化物催化剂含浸有或层间插有非贵金属，因此，常规用于提高催化活性的昂贵的贵金属可以被非贵金属取代。
在混合金属氧化物催化剂的制备中，可以通过制备非贵金属的硝酸盐溶液，然后将该溶液与水滑石前体混合以使它们之间产生离子交换反应，从而可以使非贵金属含浸或插层于含有碱金属的水滑石前体中。
这里，非贵金属可以是选自由Ni、Co、Fe、Mn、Al、Ce、Cu、Zn、Ba、Mg、Ca和Sr组成的组中的至少一种，优选Ni、Co、Fe、Mg、Al、Ca，并且最优选Ni。非贵金属的量为0.01重量％～20重量％，优选为0.01重量％～15重量％。如果非贵金属的量小于0.01重量％，则提高催化活性的效果几乎不能通过使用非贵金属来实现。另外，如果非贵金属的量大于20重量％，则在混合金属氧化物催化剂中形成的孔就会堵塞，使得催化剂的比表面积降低，由此会降低分解率。
在本发明中，当在100℃～1000℃、优选在400℃～800℃的温度下焙烧用非贵金属含浸或插层的水滑石前体时，能够可靠地形成混合金属氧化物。
考虑到催化剂的目的和效率，可以在焙烧之后，进一步用新的非贵金属对本发明的混合金属氧化物催化剂进行含浸或插层。例如，将用铝(Al，作为非贵金属)含浸或插层的水滑石前体制备的混合金属氧化物与硝酸镁(Mg)溶液混合，然后干燥，从而制备出本发明的混合金属氧化物催化剂。
可以在不偏离本发明的范围和精神的情况下，对制备含有碱金属的混合金属氧化物催化剂的方法进行各种改变。
根据本发明的变型实施方案，焙烧由仅含有碱金属的水滑石前体制备的混合金属氧化物，然后用非贵金属进行含浸，从而制备含有非贵金属和碱金属的混合金属氧化物。根据本发明的另一个变型实施方案，焙烧由仅含有非贵金属的水滑石前体制备的混合金属氧化物，然后用碱金属进行含浸，从而制备含有非贵金属和碱金属的混合金属氧化物。
在分解氮氧化物方面，本发明的用非贵金属含浸或插层的含有碱金属的混合金属氧化物催化剂的催化活性等同于用贵金属含浸或插层的常规催化剂的催化活性。根据本发明，在使用由水滑石前体制备的混合金属氧化物催化剂分解NOx、N2O以及它们的混合物的反应中，通过催化剂层的气体混合物含有0.001重量％～31重量％的氮氧化物和0.001重量％～21重量％的还原剂。
在本发明中使用的还原剂可以选自由以下物质组成的组，这些物质为：1至6个碳原子的烃，例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、异丙烷、异丁烷、2-丁烷、异戊烷、2-戊烷、叔戊烷、异己烷、2-己烷等；1至6个碳原子的醇，例如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、己醇等；SO2；NH3；CO；以及它们的组合。在这种情况中，优选的是，气体混合物中还原剂的量为0.001重量％～21重量％。如果还原剂的量小于0.001重量％，则由于还原能力不足，NO和N2O不能被有效地还原成N2和O2。另外，如果还原剂的量大于21重量％，则会产生大量未经处理的还原剂和大量的副产物，因此需要进行额外的处理以除去未经处理的还原剂和副产物。
另外，还原剂可以与氧气(O2)一起使用。优选的是，气体混合物中氧气的量为0.001重量％～21重量％。如果其量小于0.001重量％，则由于还原剂不能被氧化，因此NO和N2O不能被还原成N2和O2。另外，如果氧气的量大于21重量％，则氧气(O2)会占据催化剂的活性位点，使得NO和N2O不能发生反应，由此显著降低了其分解率。
在本发明的分解反应中，气体通过催化剂层的气时空速(GHSV)可以为1,000h-1～200,000h-1，优选为30,000～100,000h-1。如果其GHSV小于1,000h-1，则所处理的气体的量少，因此催化剂在经济方面不是有效的。另外，如果其GHSV大于200,000h-1，则气体与催化剂的接触时间短，由此会降低NOx或N2O的分解效率。
同时，优选的是，气体通过催化剂层的压力为1个大气压或更高。当其压力升高时，氮氧化物的分解率也会提高。
根据本发明，在使用由水滑石前体制备的混合金属氧化物催化剂分解NOx、N2O及其混合物的反应中，气体通过催化剂层的温度可以为100℃～500℃，优选为100℃～300℃，更优选为150℃～250℃。如果其温度低于100℃，则不能获得足够的活化能量，使得NOx和N2O不能被分解。在使用本发明的催化剂的情况中，即使在500℃或更低的温度下，气体的分解效率也高。因此，如果其温度大于500℃，则能量消耗过多，使得分解NOx和N2O需要很多的费用。
本发明的混合金属氧化物催化剂的氮氧化物分解率等同于水滑石前体用贵金属含浸或插层的混合金属氧化物催化剂的氮氧化物分解率。同时，上述效果也可以通过由水镁石前体而不是水滑石前体制备的混合金属氧化物催化剂来实现。水镁石前体由以上式1表示，其中a＝0并且x＝0。如以下实施例所描述的那样，可以看出，当使用水镁石前体用非贵金属含浸或插层的混合金属氧化物催化剂来分解氮氧化物时，即使在低温下，氮氧化物的分解效率也高(参见比较例6)。
本发明的实施方案
在下文将参照以下实施例对本发明进行更详细地说明。但是，本发明的范围并不限于这些实施例。
实施例
混合金属氧化物催化剂的制备
按照3.5∶1的摩尔比将NaOH和Na2CO3溶于蒸馏水中，从而制备溶液。将该溶液放入反应器中，随后在以预设的速度搅拌的同时，在4小时内缓慢加入以下溶液从而获得沉淀物，所述溶液是通过将金属(II)硝酸盐(Co硝酸盐、Fe硝酸盐等)、金属(III)硝酸盐(Al硝酸盐、Mn硝酸盐等)和碱金属硝酸盐(K硝酸盐等)以预定的摩尔比溶于蒸馏水而制备成的。将所得沉淀物搅拌30分钟，从而使它们均匀混合。使混合的沉淀物在65℃下陈化16小时，获得反应产物。将反应产物用过量的蒸馏水洗涤三次，获得水滑石化合物。将所得水滑石化合物与非贵金属硝酸盐(硝酸镍等)溶液混合，从而通过离子交换反应将该水滑石化合物用非贵金属含浸或插层。然后，用蒸馏水洗涤经非贵金属含浸或插层的水滑石化合物，随后在110℃下干燥12小时，获得水滑石前体。将水滑石前体从25℃加热至500℃，接着在500℃下焙烧4小时，从而制备出混合金属氧化物催化剂。将所制备的混合金属氧化物催化剂放到干燥器中，接着在氮气或CO气氛下对其进行预处理(完全还原)，然后将其用于N2O的分解测试。
氮氧化物的分解率的测定
[比较例1]
使用0.2g由水滑石前体制备并且Co-Pd-Ce-Al的摩尔比为2/0.01/0.01/1的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的N2O的分解率，所述气体混合物包含12,500ppm的N2O、12,500ppm的CO和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为200ml/min(SV 42,000hr-1)。在这些条件下，其分解率在200℃下为96％，在250℃或更高的温度下为100％。
[比较例2]
使用0.4g由水滑石前体制备并且Co-Rh-Ce-Al的摩尔比为1/0.2/0.01/1的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的N2O和NO的分解率，所述气体混合物包含12,500ppm的N2O、12,500ppm的CO、100ppm的NO和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为200ml/min(SV 30,000hr-1)。在这些条件下，N2O的分解率在200℃下为99％，NO的分解率在200℃下为99％，N2O的分解率在250℃或更高的温度下为100％，并且NO的分解率在250℃或更高的温度下为100％。
[比较例3]
使用0.3g由水滑石前体制备并且Co-Rh-Al的摩尔比为1/0.2/1的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的N2O的分解率，所述气体混合物包含12,500ppm的N2O、17,500ppm的CO和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为200ml/min(SV 30,000hr-1)。在这些条件下，其分解率在200℃下为98％，在250℃或更高的温度下为100％。
[比较例4]
使用0.285g由水滑石前体制备并且Co-Pd-Al的摩尔比为1/0.1/1的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的N2O的分解率，所述气体混合物包含12,500ppm的N2O、12,500ppm的CO和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为200ml/min(SV30,000hr-1)。在这些条件下，其分解率在200℃或更高的温度下为100％。
[比较例5]
使用3.397g由水滑石前体制备并且Ni-Pd-Co的摩尔比为1/0.05/1的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的NO的分解率，所述气体混合物包含344ppm的NO、3,900ppm的CO和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为200ml/min(SV30,000hr-1)。在这些条件下，其分解率在250℃或更高的温度下为100％。
[比较例6]
使用3.397g由水镁石前体制备的氧化镍(Ni)催化剂来测定气体混合物中的NO的分解率，所述气体混合物包含446ppm的NO、3,866ppm的CO和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为500ml/min(SV 41,000hr-1)。在这些条件下，其分解率在200℃或更高的温度下为100％。
[实施例1]
使用0.20g由水滑石前体制备并且Ni-K的摩尔比为1/1的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的N2O的分解率，所述气体混合物包含12,500ppm的N2O、17,500ppm的CO和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为400ml/min(SV 55,000hr-1)。在这些条件下，其分解率在175℃下为92％，在200℃或更高的温度下为100％。
[实施例2]
使用0.20g由水滑石前体制备并且Ni-K的摩尔比为1/0.5的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的N2O的分解率，所述气体混合物包含12,500ppm的N2O、17,500ppm的CO和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为400ml/min(SV 55,000hr-1)。在这些条件下，其分解率在175℃下为68％，在200℃或更高的温度下为100％。
[实施例3]
使用0.20g由水滑石前体制备并且Ni-K的摩尔比为1/0.2的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的N2O的分解率，所述气体混合物包含12,500ppm的N2O、17,500ppm的CO和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为400ml/min(SV 55,000hr-1)。在这些条件下，其分解率在175℃下为51％，在200℃或更高的温度下为100％。
[实施例4]
使用0.20g由水滑石前体制备并且Ni-K的摩尔比为1/1的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的N2O的分解率，所述气体混合物包含12,500ppm的N2O、12,500ppm的NO、30,000ppm的CO和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为400ml/min(SV 55,000hr-1)。在这些条件下，其分解率在175℃下为55％，在200℃或更高的温度下为100％。
[实施例5]
使用0.20g由水滑石前体制备并且Ni-K的摩尔比为1/0.5的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的N2O的分解率，所述气体混合物包含12,500ppm的N2O、12,500ppm的NO、30,000ppm的CO和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为400ml/min(SV 55,000hr-1)。在这些条件下，其分解率在200℃下为78％，在250℃或更高的温度下为100％。
[实施例6]
使用0.20g由水滑石前体制备并且Ni-K的摩尔比为1/0.2的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的N2O的分解率，所述气体混合物包含12,500ppm的N2O、12,500ppm的NO、30,000ppm的CO和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为400ml/min(SV 55,000hr-1)。在这些条件下，其分解率在200℃下为65％，在250℃或更高的温度下为100％。
[实施例7]
使用1.355g由水滑石前体制备并且Ni-K的摩尔比为1/1的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的NO的分解率，所述气体混合物包含2,000ppm的NO、4,000ppm的CO和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为500ml/min(SV 75,000hr-1)。在这些条件下，其分解率在200℃下为100％。
[实施例8]
使用1.898g由水滑石前体制备并且Ni-K-Pd的摩尔比为1/1/0.1的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的NO的分解率，所述气体混合物包含2,000ppm的NO、4,000ppm的CO和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为500ml/min(SV 75,000hr-1)。在这些条件下，其分解率在200℃下为85％，在220℃或更高的温度下为100％。
[实施例9]
使用3.72g由水滑石前体制备并且Ni-K-Pd的摩尔比为1/0.2/0.1的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的N2O和NO的分解率，所述气体混合物包含900ppm的N2O、520ppm的NO、5,000ppm的CO和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为500ml/min(SV 33,000hr-1)。在这些条件下，在200℃下，NO和N2O的分解率分别为100％和80％，而在250℃或更高的温度下，NO和N2O的分解率都为100％。
[实施例10]
使用3.582g由水滑石前体制备并且Ni-K-Rh的摩尔比为1/0.2/0.02的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的N2O分解率，所述气体混合物包含785ppm的N2O、30,000ppm的CO和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为500ml/min(SV39,000hr-1)。在这些条件下，其分解率在200℃下为98％，在220℃或更高的温度下为100％。
[实施例11]
使用3.582g由水滑石前体制备并且Ni-K-Rh的摩尔比为1/0.2/0.02的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的NO的分解率，所述气体混合物包含435ppm的NO、20,000ppm的CO和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为500ml/min(SV39,000hr-1)。在这些条件下，其分解率在200℃或更高的温度下为100％。
[实施例12]
使用0.20g由水滑石前体制备并且Ni-K的摩尔比为1/1的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的N2O分解率，所述气体混合物包含12,500ppm的N2O、12,500ppm的NO、17,500ppm的CO、125ppm的SO2、和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为400ml/min(SV 55,000hr-1)。在这些条件下，其分解率在200℃或更高的温度下为100％。
[实施例13]
使用0.20g由水滑石前体制备并且Ni-K的摩尔比为1/1的混合金属氧化物催化剂来测定气体混合物中的N2O的分解率，所述气体混合物包含12,500ppm的N2O、12,500ppm的NO、17,500ppm的CO、150ppm的NH3、和氮气(N2，余量)，并且所述气体混合物的流速为400ml/min(SV 55,000hr-1)。在这些条件下，其分解率在200℃或更高的温度下为100％。
比较例1至6和实施例1至13的组成、反应条件和氮氧化物分解率列于以下表1中。
[表1]
从以上表1中可以确定的是，就在250℃或更低温度下本发明的混合金属氧化物催化剂使氮氧化物的分解达到100％这一点而言，本发明的混合金属氧化物催化剂(其中，含有碱金属的水滑石前体含浸有或层间插有非贵金属)的效果等同于含有诸如Rh、Pd等贵金属的常规金属氧化物催化剂的效果。
另外，可以确定的是，在本发明中，随着碱金属的量升高(参见实施例1至3)或者随着还原剂的量升高(参见4、13和14)，氮氧化物的分解率也升高。
虽然为了示例的目的描述了本发明的实施方案，但应当理解的是本发明并不限于此，本领域的技术人员将会理解，可以在不偏离本发明的范围和精神的情况下，进行各种变型、添加和替代。
因此，任何和所有变型、变体或等价方式都应当认为落入本发明的范围，并且本发明的详细范围是由所附的权利要求书所公开的。

Claims (5)

1.一种使用混合金属氧化物催化剂分解氮氧化物的方法，该方法包括以下步骤：
在混合金属氧化物催化剂的存在下，使氮氧化物与含有还原剂的气体混合物反应，所述氮氧化物包括N2O、NOx以及它们的混合物，在所述混合金属氧化物催化剂中，含有碱金属的水滑石前体通过离子交换反应含浸有或层间插有非贵金属，
其中所述含有碱金属的水滑石前体由以下式1表示：
[式1]
L+ a·[M2+ 1-xN3+ x(OH)2]x+[An- (x+a)/n·bH2O]
其中L+为选自由Na+、K+、Li+、Rb+、Cs+和Fr+组成的组中的至少一者，
M2+为选自由Mg2+、Ca2+、Ni2+、Zn2+、Sr2+、Ba2+、Fe2+、Cu2+、Pd2+和Mn2+组成的组中的至少一者，
N3+为选自由Mn3+、Fe3+、Co3+、Ni3+、Cr3+、Ga3+、B3+、La3+、Ce3+和Rh3+组成的组中的至少一者，
An-为选自由CO3 2-、NO3 -、SO4 2-、Cl-、OH-、SiO3 2-、MnO4 2-、HPO3 2-、HGaO3 2-、HVO4 2-、ClO4 -和BO3 2-组成的组中的至少一者，x为0.01～0.5，a为0.01～1，并且b为0～20的整数，
其中M2+和N3+与所述非贵金属不相同，
其中所述混合金属氧化物催化剂通过下列步骤制备：
提供含有碱金属的水滑石前体；
用非贵金属对所述水滑石前体进行含浸或插层，其中所述非贵金属为选自由Ni、Co、Fe、Mn、Al、Ce、Cu、Zn、Ba、Mg、Ca和Sr组成的组中的至少一者，并且所述非贵金属的量为0.01重量％～20重量％；以及
在100℃～1000℃的温度下焙烧用所述非贵金属通过离子交换反应含浸或插层的所述水滑石前体，从而形成混合金属氧化物催化剂。
2.根据权利要求1所述的使用混合金属氧化物催化剂分解氮氧化物的方法，其中所述还原剂为选自由1至6个碳原子的烃、1至6个碳原子的醇、SO2、NH3和CO组成的组中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的使用混合金属氧化物催化剂分解氮氧化物的方法，其中气体以1,000h-1～200,000h-1的气时空速通过所述催化剂，并且所述气体的压力为1个大气压或更高。
4.根据权利要求1所述的使用混合金属氧化物催化剂分解氮氧化物的方法，其中在氮氧化物与含有还原剂的气体混合物反应的步骤中，反应温度为150℃～500℃，所述氮氧化物包括N2O、NOx以及它们的混合物。
5.根据权利要求1所述的使用混合金属氧化物催化剂分解氮氧化物的方法，其中所述氮氧化物的量为0.001重量％～31重量％，并且所述还原剂的量为0.001重量％～21重量％。
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