CN104941641A

CN104941641A - 一种用于富氧条件下丙烷选择性催化还原氮氧化合物的催化剂

Info

Publication number: CN104941641A
Application number: CN201510262954.4A
Authority: CN
Inventors: 郭耘; 曹建美; 王丽; 卢冠忠; 詹望成; 王艳芹; 郭杨龙; 王筠松
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2015-09-30

Abstract

本发明涉及一种富氧条件下丙烷选择性催化还原氮氧化合物的催化剂。该催化剂活性组分为氧化银，载体为TiO₂改性的氧化铝，助剂为Sm₂O₃，催化剂采用浸渍法制备。本催化剂对于C₃H₈-CSR反应有高的催化活性和选择性，可用于柴油车尾气催化净化，属于环境污染控制领域。

Description

一种用于富氧条件下丙烷选择性催化还原氮氧化合物的催化剂

技术领域

本发明涉及环境污染控制技术、移动源尾气净化等领域。具体涉及一种在富氧条件下选择性催化还原氮氧化合物的负载银催化剂及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的不断高速增长和机动车产量和保有量显著增加，排放的NO_x已经成为大中城市空气污染物的首要来源之一。NO_x作为大气主要污染物之一，包括NO、NO₂、N₂O、N₂O₃和N₂O₄。NO_x会导致温室效应、臭氧层破坏、酸雨和光化学烟雾的形成，对环境和人体健康造成了严重威胁。因此，NO_x的排放控制已成为目前大气环保技术领域中一个研究的热点。

目前，选择性催化还原技术（SCR）被视为NO_x催化净化最为有效的方法之一。其原理是在一定的温度范围和催化剂的作用下，通过添加合适的还原剂将NO_x选择性地还原为无毒害的N₂和H₂O，实现NO_x催化脱除，SCR技术因具有高的脱硝效率、N₂选择性和良好的经济性，已在固定源脱硝方面得到了大规模的应用。根据还原剂的种类，其又可分为NH₃-SCR、HC-SCR等。

对于HC-SCR反应，Ag/Al₂O₃催化剂不仅具有较高的氮氧化合物选择性还原性能，而且具有较强的催化稳定性。但在以低烷烃或者烯烃为还原剂时，操作窗口较窄。

CN02157917公开了一种用来净化富氧条件下尾气中氮氧化物的催化剂，可同时选择性地还原除去稀薄燃烧尾气中氮氧化物及氧化除去未完全燃烧的有机物和一氧化碳。该催化剂由担持在多孔性无机物载体上的银组分、贵金属组分和其他金属组分构成。其特征在于，前述贵金属组分可以是下列的贵金属群中至少一种，前述其他金属组分可以是下列的其他金属群中至少一种。贵金属群：金、铂、钯、铑、铱、钌；其他金属群：铁、铜、钛、锆、钡、锡、钨、锌、钼、铈、铯、镧、钙。

CN02100669公开了一种用来净化燃烧尾气的催化剂，可同时选择性地还原除去稀薄燃烧尾气中氮氧化物及氧化除去未完全燃烧的碳氢化合物和一氧化碳，该催化剂由0.1－17％(金属元素重量换算值)的银组分担持在多孔性无机氧化物载体上构成。银组分可以是银和银的氧化物以及任何一种无机盐的形式而不改变其作用。

CN201210156139发明涉及一种用于富氧条件下丙烯选择性催化还原NO_x的负载银催化剂，活性组分为Ag₂SO₄，载体为SiO₂或TiO₂改性的氧化铝，催化剂采用浸渍法制备。

大量研究表明，Ag/Al₂O₃催化剂对HC-SCR表现出良好的活性。但如何进一步提高该催化剂的活性，是目前研究的难点和热点。研究多集中在Ag的担载量、反应气氛等对催化剂反应性能的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于富氧条件下选择性催化还原氮氧化合物的Ag/Sm₂O₃/TiO₂-Al₂O₃催化剂。

与已有技术相比，本发明具有的实质性特点是：（1）根据本发明制备的Ag/Sm₂O₃/TiO₂-Al₂O₃催化剂相较于Ag/TiO₂-Al₂O₃催化剂具有更高的氮氧化合物净化性能；（2）此催化剂具有更宽的操作窗口；（3）采用浸渍法制备催化剂，制备方法简单，重复性好，成本低，便于大规模的工业化使用。

本发明的原理是通过引入助剂Sm₂O₃，可增加催化剂表面酸性和调节Ag与载体的相互作用，进一步调节活性物种的存在状态，提高催化剂对氮氧化合物的净化性能。

本发明的催化剂主要由活性组分、载体和助剂三部分组成，其中活性组分为Ag，其重量含量为0.5 % ~ 10 %。载体为TiO₂改性的Al₂O₃，其重量含量为1 % ~ 10 %。助剂为Sm₂O₃，其重量含量为0.1% ~ 10 %。

本发明的催化剂制备的技术路线是：采用浸渍法，以硝酸银和硝酸钐的混合水溶液为前驱体，加入TiO₂改性的氧化铝载体，在20 ~ 80℃下浸渍1 ~ 12小时，经干燥，200 ~ 800℃焙烧，制得Ag/Sm₂O₃/TiO₂-Al₂O₃催化剂。

本发明所述催化剂对C₃H₈-SCR反应的活性采用固定床反应器评价，采用450 ppm的NO、900 ppm的C₃H₈、7% O₂和Ar为反应气，在200-600℃范围内对催化剂进行性能评价，采用氮氧化合物分析仪检测并计算NO_x转化率。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明予以进一步地说明，但决不是限制本发明的范围。

【实施例1】

称量0.235g硝酸银溶于去离子水中，然后分别加入3g含5%TiO₂的Al₂O₃，20℃下浸渍6小时，后将其放入110℃的烘箱中干燥24小时，干燥完毕后放入马弗炉中600℃焙烧5小时，制备5% Ag/TiO₂-Al₂O₃催化剂。

活性测试：采用固定床反应器，反应气体组成：NO = 450ppm，C₃H₈ = 900ppm，O₂ = 7%，Ar作为平衡气。反应气体总流量320 cm³/min。在200 ~ 600 ℃温度范围内对催化剂上HC-SCR的活性进行测试。使用Model 42i-HS型NOx浓度分析仪（Thermo-Scientific）检测NOx的转化率和FULI 9790型色谱（浙江福立分析仪器有限公司）检测C₃H₈的转化率。

【实施例2】

在实施例1中添加助剂，将硝酸银与硝酸钐同时溶于去离子水中（Sm重量含量为0.5%），其余各步相同，制得5%Ag/0.5% Sm₂O₃/TiO₂-Al₂O₃催化剂。

【实施例3】

在实施例1中添加助剂，将硝酸银与硝酸钐同时溶于去离子水中（Sm重量含量为1%），其余各步相同，制得5%Ag/1% Sm₂O₃/TiO₂-Al₂O₃催化剂。

【实施例4】

在实施例1中添加助剂，将硝酸银与硝酸钐同时溶于去离子水中（Sm重量含量为2%），其余各步相同，制得5%Ag/2% Sm₂O₃/TiO₂-Al₂O₃催化剂。

【实施例5】

在实施例1中添加助剂，将硝酸银与硝酸钾同时溶于去离子水中（K重量含量为0.5%），其余各步相同，制得5%Ag/0.5% K₂CO₃/TiO₂-Al₂O₃催化剂。

【实施例6】

在实施例1中添加助剂，将硝酸银与硝酸钴同时溶于去离子水中（Co重量含量为2%），其余各步相同，制得5%Ag/ 2%Co₃O₄/TiO₂-Al₂O₃催化剂。

表1 不同温度下NOx的转化率

Claims

1.一种用于富氧条件下选择性催化还原氮氧化合物的负载银催化剂，其特征在于：活性组分为氧化银，载体为TiO₂改性的Al₂O₃，助剂为Sm₂O₃和K₂CO₃、Co₃O₄中的一种及一种以上，优选Sm₂O₃。

2.根据权利要求1所述一种用于富氧条件下选择性催化还原氮氧化合物的负载银催化剂，其特征在于活性组分Ag以氧化态的形式存在，在催化剂中的重量含量为0.5 % ~ 10 %（以金属Ag计）。

3.根据权利要求1所述一种用于富氧条件下选择性催化还原氮氧化合物的负载银催化剂，其特征在于选用载体为TiO₂改性的Al₂O₃，其中TiO₂的重量含量为1% ~ 10%（以金属Ti计）。

4.根据权利要求1所述一种用于富氧条件下选择性催化还原氮氧化合物的负载银催化剂，其特征在于所选用的助剂为Sm₂O₃和K₂CO₃、Co₃O₄中的一种或一种以上，其中助剂的含量为0.1 % ~ 10 %（以金属Sm、K、Co计）。

5.根据权利要求1所述一种用于富氧条件下选择性催化还原氮氧化合物的负载银催化剂，其特征在于催化剂选用浸渍法制备，具体制备过程包括以下步骤：将一定量的硝酸银和助剂的可溶性盐溶解在去离子水中，加入TiO₂改性的氧化铝载体，在20 ~ 80℃下浸渍1 ~ 12小时；经干燥，200 ~ 800 ℃焙烧得到用于富氧条件下选择性催化还原氮氧化合物的负载银催化剂。

6.根据权利要求5所述一种用于富氧条件下选择性催化还原氮氧化合物的负载银催化剂的制备方法，其特征在于所选用助剂Sm₂O₃的可溶性盐为硝酸钐、醋酸钐、氯化钐，优选硝酸钐。