CN105289640A

CN105289640A - 三元Mn-Cu-FeOx/CNTs脱硝催化剂和制备

Info

Publication number: CN105289640A
Application number: CN201510704193.3A
Authority: CN
Inventors: 郑玉婴; 张延兵
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2016-02-03

Abstract

本发明公开了一种三元Mn-Cu-FeO_x/CNTs脱硝催化剂及其制备方法；所述的三元Mn-Cu-FeO_x/CNTs低温脱硝催化剂由载体（多壁碳纳米管）和活性组分（锰，铜和铁的氧化物）组成。本发明通过常温常压反应，制备了低温活性优异的三元Mn–Cu–FeO_x/CNTs脱硝催化剂，该制备方法具有绿色环保，简单易行和成本低廉等优点。

Description

三元Mn-Cu-FeOx/CNTs脱硝催化剂和制备

技术领域

本发明涉及一种室温条件合成的三元Mn–Cu–FeO_x/CNTs脱硝催化剂及其制备方法，属于脱硝催化剂的制备领域。

背景技术

固定源中排放NO_x（x=1,2）是一种常见的大气污染物，其能够引起温室效应、酸雨、光化学污染和臭氧破坏等环境问题。基于NO_x的上述危害，多数国家都为此制定了严格的NO_x排放标准。此外，用于控制固定源中NO_x排放的研究也成为重点。其中,用氨气催化还原NO_x（NH₃–SCR）作为一种商业化的脱硝技术得到了一定应用，其核心是V₂O₅+WO₃(MoO₃)/TiO₂脱硝催化剂。

虽然V₂O₅+WO₃(MoO₃)/TiO₂脱硝催化剂已经取得了商业化，但是其自身存在一些缺点：如较高的活性窗口（300-400^oC），低温活性不足（<200^oC）和钒-基催化剂有毒等。因此，现阶段脱硝催化剂的研究重点是开发低温（<200^oC）活性优异和环境友好型的无毒催化剂。鉴于此，本发明提出了一种常温常压条件下合成了低温活性优异的yMn–Cu–FeO_x/CNTs催化剂的方法，其中y分别代表(Mn+Cu+Fe)/C摩尔比。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种三元Mn-Cu-FeO_x/CNTs脱硝催化剂及其制备方法；解决了现有脱硝催化剂低温（<200℃）活性不足、钒-基催化有毒、制备过程复杂和不绿色环保等问题。

一种三元Mn-Cu-FeO_x/CNTs脱硝催化剂，所述的催化剂是在室温下合成的，载体是多壁碳纳米管（CNTs），活性组份是Mn、Cu和Fe的氧化物；其中Mn、Cu和Fe的总摩尔量与C的摩尔比为3%~7%。

所述的活性组份中，Mn、Cu、Fe的摩尔比为=8:1:3。

所述的CNTs的管径为40–60nm。

一种制备如上所述的三元Mn-Cu-FeO_x/CNTs脱硝催化剂的方法，包括如下步骤：

1）CNTs经硝酸处理6h，得到官能团化的CNTs；

2）将一定量的Cu(NO₃)₂和Fe(NO₃)₃，配制成80ml水溶液；

3）将官能团化的CNTs加入步骤2）的水溶液中，室温下搅拌8h；

4）配制一定浓度的KMnO₄溶液80ml，加入步骤3）的溶液中，室温下搅拌8h，然后过滤，水洗，105℃烘干得到Mn-Cu-FeO_x/CNTs催化剂。

步骤2）所述的硝酸铜和硝酸铁水溶液的配制方法是：依据Mn+Cu+Fe/C=3%~7%和Mn:Cu:Fe=8:1:3摩尔比，计算出相应的Cu(NO₃)₂和Fe(NO₃)₃的量，并将它们溶于80ml去离子水中即可。

步骤4）的KMnO₄溶液的浓度的配制方法为：依据Mn+Cu+Fe/C=3~7%和Mn:Cu:Fe=8:1:3，计算出相应的KMnO₄的量，并将它们溶于80ml去离子水中即可。

本发明的有益效果在于：

本发明提出了一种常温常压条件下合成低温活性优异的Mn–Cu–FeO_x/CNTs催化剂的方法，制备方法简便，适于工业生产；所合成的催化剂低温（＜200℃）活性优异，对环境友好，解决了现有脱硝催化剂低温（＜200℃）活性不足、钒-基催化剂有毒、制备过程复杂和不绿色环保等问题。

附图说明

图1是本发明制备的催化剂的NO转化率；

图2-a，图2-b，图2-c，图2-d，图2-e，图2-f是本发明制备的催化剂的XPS图谱。

具体实施方式

以下是本发明专利的具体的实施方式，旨在使本专利的实施过程具体化。

实施例1

1）用硝酸（65~68wt%）对CNTs酸化6h，得到官能团化的CNTs；

2）按摩尔比：(Mn+Cu+Fe)/C=3%和Mn:Cu:Fe=8:1:3，将计算出的Cu(NO₃)₂和Fe(NO₃)₃配制成水溶液备用；

3）将0.3g官能团化的CNTs加入步骤2）的水溶液中，室温下搅拌8h；

4）将0.00625mol/L的KMnO₄水溶液加入步骤3）的溶液中，，搅拌反应8h，过滤，水洗，105℃烘干得3%Mn-Cu-FeO_x/CNTs催化剂；

脱硝效率测试条件：[NO]=[NH₃]=420ppm，[O₂]=5%，N₂作为平衡气，空速为262500ml·g^-1·h^-1，0.16g催化剂；测得的脱硝效率为35%-81.9%。

实施例2

1）用硝酸（65~68wt%）处理碳纳米管6h，得到官能团化的CNTs；

2）按摩尔比：Mn+Cu+Fe/C=5%，将Cu(NO₃)₂和Fe(NO₃)₃配制成水溶液备用；

4）将0.0104mol/L的KMnO₄水溶液加入步骤3）的溶液中，，搅拌反应8h，过滤，水洗，105℃烘干得5%Mn-Cu-FeO_x/CNTs催化剂；

脱硝效率测试条件：[NO]=[NH₃]=420ppm，[O₂]=5%，N₂作为平衡气，空速为262500ml·g^-1·h^-1，0.16g催化剂，测得的脱硝效率为43%–87%。

实施例3

1）用硝酸（65~68wt%）处理碳纳米管6h，得到官能团化的CNTs；

2）按摩尔比：Mn+Cu+Fe/C=7%，将Cu(NO₃)₂和Fe(NO₃)₃配制成水溶液备用；

4）将0.0146mol/L的KMnO₄水溶液加入步骤3）的溶液中，搅拌反应8h，过滤，水洗，105℃烘干得7%Mn-Cu-FeO_x/CNTs催化剂；

脱硝效率测试条件：[NO]=[NH₃]=420ppm，[O₂]=5%，N₂作为平衡气，空速为262500ml·g^-1·h^-1，0.16g催化剂，测得的脱硝效率为42%–78%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种三元Mn-Cu-FeO_x/CNTs脱硝催化剂，其特征在于：所述的催化剂是在室温下合成的，载体是多壁碳纳米管，活性组份是Mn、Cu和Fe的氧化物；其中Mn、Cu和Fe的总摩尔量与C的摩尔比为3%~7%。

2.根据权利要求1所述的三元Mn-Cu-FeO_x/CNTs脱硝催化剂，其特征在于：所述的活性组份中，Mn、Cu、Fe的摩尔比为：8:1:3。

3.根据权利要求1所述的三元Mn-Cu-FeO_x/CNTs脱硝催化剂，其特征在于：所述的多壁碳纳米管的管径为40–60nm。

4.一种制备如权利要求1所述的三元Mn-Cu-FeO_x/CNTs脱硝催化剂的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）多壁碳纳米管经硝酸处理6h，得到官能团化的CNTs；

2）称取硝酸铜和硝酸铁，配制成一定浓度的水溶液；

3）将官能团化的多壁碳纳米管加入步骤2）的水溶液中，室温下搅拌8h；

4）配制高锰酸钾溶液，加入步骤3）的溶液中，室温下搅拌8h，然后过滤，水洗，105℃烘干得到Mn-Cu-FeO_x/CNTs催化剂。

5.根据权利要求4所述的三元Mn-Cu-FeO_x/CNTs脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：步骤2）所述的硝酸铜和硝酸铁水溶液的配制方法是：依据Mn+Cu+Fe/C=3%~7%和Mn:Cu:Fe=8:1:3摩尔比，计算出相应的Cu(NO₃)₂和Fe(NO₃)₃的量，并将它们溶于80ml去离子水中即可。

6.根据权利要求4所述的三元Mn-Cu-FeO_x/CNTs脱硝催化剂的制备方法，其特征在于：步骤4）的KMnO₄溶液的浓度的配制方法为：依据Mn+Cu+Fe/C=3~7%和Mn:Cu:Fe=8:1:3，计算出相应的KMnO₄的量，并将它们溶于80ml去离子水中即可。