CN104941442A - 低温催化氧化脱除氨气污染物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无二次污染、稳定性好且可有效降低成本的低温催化氧化脱除氨气污染物的方法，按照如下步骤进行：将臭氧加入含有氨的污染气体中，使污染气体中臭氧与氨的摩尔比为1.5~3；在15~120℃温度下，使含有氨和臭氧的污染气体流经催化剂，将氨选择氧化为氮和水；所述催化剂由多孔载体负载活性组分A和活性组分B组成；活性组分A由至少一种Cu、V、W的氧化物组成；活性组分B由至少一种Mn、Co、Fe、Ni、Ce的氧化物组成；活性组分A、B的金属元素质量均是催化剂总质量的1~ 14%；所述催化剂空速为10,000~500,000 h^-1。

Description

低温催化氧化脱除氨气污染物的方法

技术领域

本发明属于污染治理气体领域，尤其是一种无二次污染、稳定性好且可有效降低成本的低温催化氧化脱除氨气污染物的方法。

背景技术

氨气是一种无色且有刺激性恶臭气味的气体，它具有毒性和腐蚀性，严重威胁着人类健康和空气质量。氨气主要来源于工业（硝酸及液氨生产过程的尾气排放等）、农业（牲畜粪便释放的氨气）、建筑施工中使用的混凝土外加剂及家具涂饰所用的添加剂和增白剂等。目前，氨气脱除的方法包括生物净化法、吸附法以及催化氧化法等。生物净化法处理净化氨气量较低，不适宜工业应用；吸附净化法的主要缺点是吸附材料受吸附容量的限制和空气中水分子竞争吸附的影响，会很快失效；另外，吸附净化法在本质上只是将污染物转移到吸附材料上，存在二次污染的隐患；催化氧化法是收集含有氨的污染气体，然后直接将含有氨的污染气体流经由多孔载体负载活性组分的催化剂，利用分子氧，将氨选择催化氧化为无污染的氮和水而脱除。催化氧化法无二次污染、稳定性好，但由于现有方法的分子氧在低温下难以活化，因此该法需要在高温下进行。例如，Fe₂O₃-TiO₂，Fe₂O₃-ZrO₂，Fe₂O₃-Al₂O₃催化剂的活性温度高达500 ^oC（R.Q. Long et al., Journal of Catalysis 207(2002) 158-165）；γ-Al₂O₃负载的氧化铜催化剂的活性温度在350 ^oC以上（C.X. Liang et al., Applied Surface Science 258 (2012) 3738-3743）。高温反应不仅对反应设备耐高温的要求较高，而且还需要耗费大量能源，使得催化氧化脱除氨气的成本较高。贵金属催化剂的活性温度比非贵金属催化剂有所降低，活性温度在150 ^oC以上（L. Gang et al., Applied Catalysis B: Environmental 40 (2003) 101-110；Y.J. Li et al., Applied Catalysis B: Environmental 13 (1997) 131-139）。中国发明专利“低温氨选择性催化氧化催化剂”（CN 101554587 B）发明了一种低温选择催化氧化脱除氨的负载型催化剂，即采用银为活性组份，活性温度在160 ^oC以上。虽然活性温度有所降低，但是贵金属昂贵的价格，仍不能有效降低催化氧化脱除氨气的成本。

发明内容

本发明为了解决现有技术所存在的上述问题，提供一种无二次污染、稳定性好且可有效降低成本的低温催化氧化脱除氨气污染物的方法。

本发明的技术解决方案是：一种低温催化氧化脱除氨气污染物的方法，其特征在于按照如下步骤：

a.将臭氧加入含有氨的污染气体中，使污染气体中臭氧与氨的摩尔比为1.5~3；

b. 在15~120℃温度下，使含有氨和臭氧的污染气体流经催化剂，将氨选择氧化为氮和水；所述催化剂由多孔载体负载活性组分A和活性组分B组成；活性组分A由至少一种Cu、V、W的氧化物组成；活性组分B由至少一种Mn、Co、Fe、Ni、Ce的氧化物组成；活性组分A、B的金属元素质量均是催化剂总质量的1~ 14%；所述催化剂空速为10,000~500,000 h^-1。

本发明与现有技术的最大区别是在含有氨的污染气体中加入臭氧及选择了适应的催化剂，利用臭氧在低温（15~120℃）条件下在催化剂表面分解产生高活性的原子氧，所产生的原子氧在催化剂表面迅速将氨气污染物选择氧化为无污染的氮气和水。本发明在秉承了催化氧化脱除氨气无二次污染、稳定性好等优点的同时，降低了催化反应温度，即降低设备的耐高温要求，又节省了大量能源，有效降低了催化氧化脱除氨气的成本。尤其适用于室内场所氨气污染物的脱除。

具体实施方式

实施例1：

CuMnO _x /HZSM-5催化剂的制备：采用等体积浸渍法，按Cu和Mn的质量百分比浓度分别为1%和14%所需的硝酸铜和硝酸锰溶液同时浸渍于直径1 mm的球状HZSM-5分子筛载体上，搅拌30 min后，静置过夜。然后放入烘箱中于110 ^oC干燥6 h，移至马弗炉中以10 ^oC/min的升温速率由室温升至450 ^oC焙烧4 h，即制得CuMnO _x /HZSM-5催化剂。

称取0.1 g所制备的CuMnO _x /HZSM-5催化剂，装填于直径6 mm的石英管反应器中。然后按照下述方法进行：

a.  将臭氧加入含有520 ppm氨的污染气体中，使污染气体中臭氧与氨的摩尔比为1.5；

b.  在15℃温度下，使含有氨和臭氧的污染气体流经石英管反应器，催化剂空速为10,000 h^-1。

对石英管反应器出口的气体进行检测，氨脱除率为98%，氮的选择性为94%。

实施例2：

CuCeO _x /γ-Al₂O₃催化剂的制备：采用等体积浸渍法，按Cu和Ce的质量百分比浓度分别为5%和12%所需的硝酸铜和硝酸铈溶液同时浸渍于直径1 mm的球状γ-Al₂O₃载体上，搅拌30 min后，静置过夜。然后放入烘箱中于110 ^oC干燥6 h，移至马弗炉中以10 ^oC/min的升温速率由室温升至400 ^oC焙烧4 h，即制得CuCeO _x /γ-Al₂O₃催化剂。

称取0.1 g所制备的CuCeO _x /γ-Al₂O₃催化剂，装填于直径6 mm的石英管反应器中。然后按照下述方法进行：

a.    将臭氧加入含有850 ppm氨的污染气体中，使污染气体中臭氧与氨的摩尔比为1.7；

b.  在70℃温度下，使含有氨和臭氧的污染气体流经石英管反应器，催化剂空速为200,000 h^-1。

对石英管反应器出口的气体进行检测，氨脱除率为100%，氮的选择性为93%。

实施例3：

VCoO _x /γ-Al₂O₃催化剂的制备：采用等体积浸渍法，按V和Co的质量百分比浓度分别为14%和1%所需的偏钒酸铵和硝酸钴溶液同时浸渍于直径2 mm的球状γ-Al₂O₃载体上，搅拌30 min后，静置过夜。然后放入烘箱中于110 ^oC干燥6 h，移至马弗炉中以10 ^oC/min的升温速率由室温升至300 ^oC焙烧4 h，即制得VCoO _x /γ-Al₂O₃催化剂。

称取0.1 g所制备的VCoO _x /γ-Al₂O₃催化剂，装填于直径6 mm的石英管反应器中。然后按照下述方法进行：

a. 将臭氧加入含有470 ppm氨的污染气体中，使污染气体中臭氧与氨的摩尔比为3；

b. 在120℃温度下，使含有氨和臭氧的污染气体流经石英管反应器，催化剂空速为500,000 h^-1。

对石英管反应器出口的气体进行检测，氨脱除率为100%，氮的选择性为92%。

Claims (1)

1.一种低温催化氧化脱除氨气污染物的方法，其特征在于按照如下步骤：

a.将臭氧加入含有氨的污染气体中，使污染气体中臭氧与氨的摩尔比为1.5~3；

b. 在15~120℃温度下，使含有氨和臭氧的污染气体流经催化剂，将氨选择氧化为氮和水；所述催化剂由多孔载体负载活性组分A和活性组分B组成；活性组分A由至少一种Cu、V、W的氧化物组成；活性组分B由至少一种Mn、Co、Fe、Ni、Ce的氧化物组成；活性组分A、B的金属元素质量均是催化剂总质量的1~ 14%；所述催化剂空速为10,000~500,000 h^-1。