用于氧化氨气的触媒及去除气体中氨气的方法
【专利摘要】本发明提供一种用于氧化氨气的触媒以及去除气体中氨气的方法。该用于氧化氨气的触媒包括：一氧化物载体，其中该氧化物载体包括二氧化铈(CeO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、或其结合；以及担载在该载体上的一第一金属及一第二金属，其中该第一金属为铜，而该第二金属为银、铂、或钯。
【专利说明】用于氧化氨气的触媒及去除气体中氨气的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种触媒以及利用该触媒的方法，特别涉及一种用于氧化氨气的触媒 以及利用该触媒去除气体中氨气的方法。
【背景技术】
[0002] 高科技业使用大量的氨（NH3)作为工艺（例如LED产业的MOV⑶）原料，而未利用 完全的氨则由后端泵浦抽除进入废气处理系统。以往厂商以水洗的方式来进行氨气处理， 但此方法会产生含氨的水溶液，具有生物毒性，亦即产生二次污染。随着环保法规趋于严 格，业者需将含氨水溶液处理至极低浓度（氨氮的浓度需小于20mg/L)才能排放。然而，为 降低废水中的氨氮浓度，业者需要提供额外的场地并付出更高的处理成本，且氨气废水的 处理效率亦有限。
[0003] 为解决上述问题，业界提出以触媒直接对废气中的氨进行高温氧化，以将氨转变 成氮（N 2)及水（H20)，其具有可大量处理及无二次污染等优点。然而，目前业界所使用来氧 化分解去除废气中的氨的触媒，仍需克服在低温下处理所得的氮选择率较低的缺点。基于 上述，业界需要一种新颖的触媒来进行氨的氧化分解，以克服现有技术的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明一方面提出一种用于氧化氨气的触媒，包括：一氧化物载体，其中该氧化物 载体包括二氧化铈（Ce0 2)、二氧化硅（Si02)、氧化铝（A1203)或其结合；以及担载在该载体 上的一第一金属及一第二金属，其中该第一金属为铜，而该第二金属为银、钼、或钮。
[0005] 根据本发明另一方面，本发明还提供一种去除气体中氨气的方法，包括：将上述用 于氧化氨气的触媒在一操作温度下置于一气氛中，使该气氛中的氨气转化成氮气及水，其 中该操作温度等于或大于280°C，且该去除气体中氨气的方法对氨的去除率达93%以上， 且氮气选择率大于90%。
【专利附图】
【附图说明】
[0006] 图1显示了根据本发明一实施例的用于氧化氨气的触媒的示意图；
[0007] 图2显示了根据本发明一实施例的去除气体中氨气的系统的示意图；
[0008] 图3显示了本发明实施例的触媒在不同操作温度下的氨气去除率及氮气选择率。 [0009]【符号说明】
[0010] 10 用于氧化氨气的触媒；
[0011] 20 氧化物载体；
[0012] 21 第一金属；
[0013] 22 第二金属；
[0014] 100 去除气体中氨气的系统；
[0015] 110 反应腔；
[0016] 111 气体入口端；
[0017] 112 气体出口端；
[0018] 120 傅立叶红外线光谱（FT-IR)装置。
【具体实施方式】
[0019] 下述内容将详述本发明实施例的制作与使用。可以理解的是，这些实施例所提供 的多种可行方案，以实施于多种特定实施方式。然而这些特定实施例仅用于说明而非限制 本发明。
[0020] 本发明提供一种可在低温（低于或等于350°C )环境下，将氨气（NH3)氧化分解为 无害的氮气（N2)及水（H20)的触媒，以及以该触媒处理氨气的方法。该触媒对氨的去除率 可达93 %以上，且氮气选择率可大于90 %，改善现有技术在低温下（反应腔温度小于或等 于350°C )去除效率差或产生大为1或2)的缺点。在此，该"氮气选择率"一 词是指将氨气（NH3)以触媒氧化分解后所得的氮气其N原子占所有含氮产物（例如包含氮 气（N 2)、氧化亚氮（N20)、一氧化氮（N0)、二氧化氮（N02)等）的N原子百分比。
[0021] 本发明所述的用于氧化氨气的触媒，包括：一氧化物载体，其中该氧化物载体包括 二氧化铈（Ce0 2)、二氧化硅（Si02)、氧化铝或其结合；以及担载在该载体上的一第一金属及 一第二金属，其中该第一金属为铜，而该第二金属为银、钼、或钮。根据本发明一实施例，该 第一金属与该第二金属的重量比可介于1 : 10至10 : 1之间，该第一金属与该第二金属 的总重与该氧化物载体的重量比可介于1 : 20至1 : 5之间。
[0022] 请参照图1，根据本发明另一实施例，该用于氧化氨气的触媒10包括的该氧化物 载体20可为高比表面积的氧化物或混和氧化物（例如二氧化铈（Ce0 2)、或二氧化铈与氧化 错（Ce02-Al203)的混合氧化物），并在其表面担载"第一金属21-第二金属22"双金属（第 一金属21例如为铜、第二金属22例如为银）作为触媒组成。其中，二氧化铈（Ce0 2)或二氧 化铈与氧化铝（Ce02-Al203)的混合氧化物除了具有结构促进剂功能外，二氧化铈（Ce0 2)进 一步具有化学促进剂的功能，可大幅提升铜-银（Cu-Ag)在低温时的活性与氮气选择率。
[0023] 上述的氧化氨气的触媒的制备方式，根据本发明另一实施例，可包括以下步骤：
[0024] 首先利用Ce (Ν03) 3 · 6H20及Α1 (Ν03) · 9H20作为前驱物，并以Ca (HC03) 2作为沉淀 齐U，利用共沉淀法来合成出氧化氨气的触媒。接着，利用含浸法或沉积沉淀法将铜（Cu)以 及银（Ag)担载于二氧化铈与氧化铝（Ce0 2-Al203)的混合氧化物的表面上。
[0025] 本发明所述的去除气体中氨气的方法，包括将上述的用于氧化氨气的触媒于一操 作温度下置于一气氛中，使该气氛中的氨气转化成氮气及水，其中该操作温度等于或大于 280°C (例如可为280-500°C、280-45(TC、或280-3KTC )，且该去除气体中氨气的方法对氨 的去除率可达93%以上，且氮气选择率也大于90%。
[0026] 此外，根据本发明其它实施例，请参照图2,本发明还提供一种去除气体中氨气的 系统100,包括：一反应腔110,该反应腔110具有一气体入口端111及一气体出口端112 ; 上述的用于氧化氨气的触媒10被置于该反应腔中。此外，为实时测量经处理后的气体其 氨气浓度是否达到排放标准，该去除气体中氨气的系统100还可包含一傅立叶红外线光谱 (FT-IR)装置120,与该反应腔110的气体出口端112相连。
[0027] 为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数个实施 例及比较实施例来说明本发明所述的用于氧化氨气的触媒、去除气体中氨气的方法、以及 去除气体中氨气的系统。
[0028] 用于氧化氨气触媒的制备
[0029] 实施例1
[0030] 首先，以共沉淀法合成出二氧化铈与氧化铝（Ce02-Al20 3)的混合氧化物（Ce : A1 的重量比为1 : 1)，其中该二氧化铈与氧化铝（Ce02-Al203)的混合氧化物的比表面积为 102m 2/g。接着，将铜（Cu)、及银（Ag)先后以含浸法担载于该二氧化铈与氧化铝（Ce02-Al 203) 的混合氧化物（之后称为铈-铝氧化物）上，其中铜（Cu):银（Ag):铈-铝氧化物 (Ce0 2-Al203)的重量比为10 : 5 : 85。接着，将含浸后的材料在110°C下烘干5小时，再以 500°C煅烧8小时，得到触媒（1)。
[0031] 比较实施例1
[0032] 首先，取市售商品Y-Al203 (Merck公司，比表面积为120_190m2/g)作为氧化物载 体。接者，以含浸法将铜担载于￥^1 203之上，其中铜（(：11):￥41203的重量比为10:90。 接着，将含浸后的材料在ll〇°C下烘干5小时，再以500°C煅烧8小时，得到触媒（2)。
[0033] 比较实施例2
[0034] 首先，取市售商品Y-Al203 (Merck公司，比表面积为120_190m2/g)作为氧化物载 体。接者，以含浸法将钼担载于￥^1 203之上，其中钼（?〇:￥^1203的重量比为10:90。 接着，将含浸后的材料在ll〇°C下烘干5小时，再以500°C煅烧8小时，得到触媒（3)。
[0035] 实施例2
[0036] 重复实施例1的方法，但铜（Cu):银（Ag):铈-铝氧化物（Ce02-Al 203)的重量 比为5 : 7.5 : 87. 5,得到触媒（4)。
[0037] 实施例3
[0038] 重复实施例2的方法，但铈-铝氧化物（Ce02-Al20 3)的Ce : A1的重量比为1 : 4， 得到触媒（5)。
[0039] 实施例4
[0040] 以实施例3的方法制得铈-铝氧化物（Ce02-Al20 3) (Ce : A1的重量比为1 : 4)， 将铜（Cu)、及钼（Pt)先后以含浸法担载于该Ce-Al氧化物上，其中铜（Cu):钼（Pt): 铈-铝氧化物（Ce0 2-Al203)的重量比为10 : 2 : 88。得到触媒（6)。
[0041] 实施例5
[0042] 重复实施例3的方法，但铜（Cu):银（Ag):铈-铝氧化物（Ce02-Al 203)的重量 比为2.5 : 10 : 87. 5,得到触媒（7)。
[0043] 氨气移除能力与氮气选择率测量
[0044] 实施例6
[0045] 将上述触媒（1)-(7)分别装填于石英反应管中（管径为4mm)，接着通入含有氨气 的气氛（NH 3 = 1 %、02 = 8%、N2 = 91% )(气时空速（GHSV、gas hourly space velocity) 为200001Γ1)于石英反应管内，操作温度为310°C。反应管出口端则以傅立叶红外线光谱 (FT-IR)装置同时监测ΝΗ 3、Ν20、Ν0、Ν02的浓度，以换算氨气去除率及氮气选择率。
[0046] 氮气选择率的计算方式为：
[0047] [1_ (2 X Cout_N20+Cout_NC1+C out_NC12) / (CIn_丽3-C0Ut_丽3) ] X 100 。
[0048] 其中，CQUt4代表FTIR在反应管出口端测得的I物质（例如N20、NO、N0 2及NH3)的 浓度，CIn_ra3为进流反应管的NH 3浓度。
[0049] 测试结果如表1所示：
[0050] 表 1 :
[0051]
【权利要求】
1. 一种用于氧化氨气的触媒，包括： 一氧化物载体，其中该氧化物载体包括二氧化铈（Ce02)、二氧化硅（Si02)、氧化铝 (A1203)或其结合；以及 担载在该载体上的一第一金属及一第二金属，其中该第一金属为铜，而该第二金属为 银、钼、或钮。
2. 如权利要求1所述的用于氧化氨气的触媒，其中该第一金属与该第二金属的重量比 为 1 : 10 至 10 : 1。
3. 如权利要求1所述的用于氧化氨气的触媒，其中该第一金属及该第二金属的总重与 该氧化物载体的重量比为1 : 20至1 : 5。
4. 如权利要求1所述的用于氧化氨气的触媒，其中该氧化物载体为二氧化铈、或二氧 化铈与氧化铝的混合物。
5. 如权利要求4所述的用于氧化氨气的触媒，其中该二氧化铈与氧化铝的混合物，铈 与铝的重量比为1 : 10至1 : 1。
6. 如权利要求1所述的用于氧化氨气的触媒，其中该第二金属为银。
7. -种去除气体中氨气的方法，包括： 将权利要求1所述的该用于氧化氨气的触媒在一操作温度下置于一气氛中，使该气氛 中的氨气转化成氮气及水。
8. 如权利要求7所述的去除气体中氨气的方法，其中该操作温度等于或大于280°C。
9. 如权利要求7所述的去除气体中氨气的方法，其中该去除气体中氨气的方法对氨的 去除率大于93 %，且氮气选择率大于90 %。
【文档编号】B01D53/86GK104096574SQ201310276921
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2013年4月12日
【发明者】许荣男, 颜绍仪 申请人:财团法人工业技术研究院