一种负载型金属氧化物催化剂催化直接分解no脱硝的方法
【专利摘要】本发明提供一种负载型金属氧化物催化剂催化直接分解NO脱硝的方法，所述方法在微波场中进行，且所述催化剂为负载型复合金属氧化物催化剂，所述负载型复合金属氧化物催化剂为复合金属氧化物MOx负载在Al2O3载体上，所述M为选自铈、铜、锰和镍中的两种或三种。优选所述催化剂选自CeCuOx/Al2O3、CeMnOx/Al2O3、CeNiOx/Al2O3和CeCuMnOx/Al2O3。本发明中微波催化直接分解NO反应没有二次污染，而且工艺简单，操作方便易于控制，NO脱除效率高(NO转化率可达95.1％)，抗氧性强，操作温度低，节能环保，运行成本低。使用本发明方法处理后的烟气或废气可以直接达到国家排放标准。
【专利说明】一种负载型金属氧化物催化剂催化直接分解NO脱硝的方 法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及催化脱硝领域，具体涉及一种负载型金属氧化物催化剂催化直接分解 NO脱硝的方法。
【背景技术】
[0002] 氮氧化物是严重危害人类健康的主要污染物之一，其95%以上成分为NO。据估 计，2015年我国燃煤电厂NO x排放量将达到1310万吨，可见控制NO的排放是极为重要的。 随着人类生活水平的不断提高，世界各国都非常重视对含有氮氧化物排放物治理的研宄、 推广和应用。
[0003] NO的直接分解法因具有经济、不消耗NH3、C0、014等还原剂、不产生二次污染的特 点，被认为是最具吸引力的方法。NO分解的反应为2N0gN 2+02, NO直接分解为队和0 2在 热力学范围内达到99%是完全可行的，但是反应活化能高达364KJ/mol，因此研宄NO的分 解实质是探讨其动力学的问题，也即找到该反应的合适催化剂和催化方法。
[0004] 大量研宄表明，很多金属氧化物特别是过渡金属氧化物催化剂都对NO具有一定 的催化分解活性。相对于贵金属，金属氧化物催化剂的价格低廉。但是，通常只有在高温下 金属氧化物催化剂才表现出具有直接催化分解NO的活性；而且该种催化剂几乎都存在强 烈的氧阻碍现象，实际废气中共存的氧气使NO转化率严重降低。
[0005] 此外，微波能作为一种高效能已经得到普遍认可。黄卡玛等人做了长时间一系列 的研宄，认为微波能够改变分子之间的相互作用，显著提高某些化学反应的速度和改变反 应的机制。魏在山以Fe/Ga-5A作催化剂和NH 4HCOdt还原剂在微波催化下选择还原脱除 N0。张涛等人利用微波放电来处理NO(无催化剂），取得了很好的效果。唐军旺在微波加热 模式和常规加热模式下，用Fe/ZSM-5催化剂进行脱硝研宄，结果表明微波加热能让本来不 能催化分解的反应确实发生了，并且NO达到70 %的转化率。
[0006] 上述研宄虽然都很多，但是从公开的资料来看，最好的NO转化率为70%左右，脱 除率不高；且受废气中氧含量影响大，在氧含量较大时此方法达不到脱除要求。
【发明内容】
[0007] 为了解决现有技术中存在的NO脱除率不高，工艺比较复杂的问题，本发明提供一 种工艺简单易行、氮氧化物脱除率高的，经济实用的脱除废气中氮氧化物的方法。
[0008] 基于上述现有技术，本发明的发明人考虑到通常只有在高温下金属氧化物催化剂 才表现出具有直接催化分解NO的活性；而且该种催化剂几乎都存在强烈的氧阻碍现象，实 际废气中共存的氧气使NO转化率严重降低。因此发明人试图找到一种与金属氧化物催化 剂相匹配的高效的能量来共同作用降低反应的活化能，使得NO的直接分解能顺利进行。考 虑到微波能作为一种高效能已经得到普遍认可。因此，发明人试着进行金属氧化物催化剂 与微波能的匹配来催化NO的直接分解。但微波并不能启动所有的金属氧化物在低温条件 下对原料中NO的直接分解反应起到高效的催化作用，直到本发明人找到一种特定的改性 金属氧化物催化剂，使得该催化剂能与微波在催化NO直接分解反应中形成良好的配合。
[0009] 因此，本发明提供一种负载型金属氧化物催化剂催化直接分解NO脱硝的方法，所 述方法在微波场中进行，且所述催化剂为负载型复合金属氧化物催化剂，所述负载型复合 金属氧化物催化剂为复合金属氧化物MO x负载在Al 203载体上，所述M为选自铈、铜、锰和镍 中的两种或三种。本发明中，所述负载型复合金属氧化物催化剂例如采用浸渍法制备。
[0010] 在一种具体的实施方式中，所述负载型复合金属氧化物催化剂中的M至少包含 铈。发明人发现，当催化剂的复合金属氧化物中含铈时，催化剂性能进一步提高的幅度非常 明显。优选所述催化剂为选自 CeCu0x/Al203、CeMn0x/Al 203、CeNi0x/Al203和 CeCuMn0x/Al203; 更优选为CeCuMn0x/Al203。优选地，所述负载型复合金属氧化物催化剂中M与Al 2O3载体中 铝元素的物质的量之比为0. 06?0. 6 :1，优选为0. 12?0. 4 :1。
[0011] 在一种具体的实施方式中，在微波催化反应器装置的反应管中填充所述负载型复 合金属氧化物催化剂形成微波催化反应床，待处理的废气在通过微波催化反应床时、在微 波和所述催化剂的共同作用下发生气-固催化反应，其中的NO直接催化分解成队和0 2。在 本发明中，催化反应的温度例如为100?300°C，优选200?250°C。
[0012] 本发明中，所述待处理的废气中氧气的含量为0. 1?20%，优选为1?15%，更优 选为7. 5?10%。本发明提供的催化方法特别适宜于对氧含量较高的废气进行处理，废气 中氧气含量越高越能体现出本发明方法相比现有技术的优势。
[0013] 本发明中，所述待处理的废气在微波催化反应床中的停留时间例如为0.5-10S，优 选l-3s。本发明所述微波频率为500?3000MHz。
[0014] 使用本发明中特定的负载型复合金属氧化物催化剂与微波进行配合时，能在低温 和高氧含量条件下直接催化分解N0。本发明的发明人通过实验发现，以本发明中这种特殊 的负载型复合金属氧化物为催化剂催化直接分解NO脱硝时，所述催化剂能够吸收微波。
[0015] 本发明还相应提供一种用于微波条件下催化直接分解NO脱硝的负载型金属氧化 物催化剂，其特征在于，所述催化剂为负载型复合金属氧化物催化剂，所述负载型复合金属 氧化物催化剂为复合金属氧化物MO x负载在Al 203载体上，所述M为选自铈、铜、锰和镍中的 两种或三种；优选所述催化剂为 CuMn0x/Al203、CeCu0x/Al 203、CeMn0x/Al203、CeNiO xAl2O3和 CeCuMn0x/Al203中的一种或多种。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：微波催化直接分解NO反应没有二次污 染，而且工艺简单，操作方便易于控制，NO脱除效率高（NO转化率可达95. 1 % )，抗氧性强， 操作温度低，节能环保，运行成本低。使用本发明方法处理后的烟气或废气可以直接达到国 家排放标准。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合实施例作进一步详细的说明。
[0018] 实施例1和对比例1
[0019] 负载型金属氧化物催化剂采用等体积浸渍法制备。首先，活性氧化铝在500°C焙烧 2h，得到Al2O 3载体。然后Al 203载体与不同浓度的金属硝酸盐溶液等体积混合，在室温下先 超声0.5h，然后浸渍24h。之后将得到的浸渍混合物于100°C下烘干6h。然后在500°C焙烧 2h，制得一系列Al2O3负载金属氧化物催化剂。金属氧化物的负载量如表1所示。
[0020] 表 1
[0021]
【权利要求】
1. 一种负载型金属氧化物催化剂催化直接分解NO脱硝的方法，其特征在于，所述方法 在微波场中进行，且所述催化剂为负载型复合金属氧化物催化剂，所述负载型复合金属氧 化物催化剂为复合金属氧化物M0X负载在A1 203载体上，所述M为选自铺、铜、猛和镍中的两 种或三种。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述负载型复合金属氧化物催化剂中的M 至少包含铈。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述负载型复合金属氧化物催化剂选自 CeCu0x/Al203、CeMn0x/Al 203、CeNi0x/Al203和 CeCuMnO x/A1203;优选为 CeCuMnO x/A1203。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述负载型复合金属氧化物催化剂中M与 A1203载体中铝元素的物质的量之比为0. 06?0. 6 :1，优选为0. 12?0. 4 :1。
5. 根据权利要求1?4中任意一项所述的方法，其特征在于，在微波催化反应器装置的 反应管中填充所述负载型复合金属氧化物催化剂形成微波催化反应床，待处理的废气在通 过微波催化反应床时、在微波和所述催化剂的共同作用下发生气-固催化反应，其中的NO 直接催化分解成队和0 2。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，催化反应的温度为100?300°C，优选 200 ?250。。。
7. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述待处理的废气中氧气的含量为0. 1? 20%，优选1?15%，更优选7. 5?10%。
8. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述待处理的废气在微波催化反应床中 的停留时间为0. 5-10s，优选l-3s。
9. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述微波频率为500?3000MHz。
10. -种用于微波条件下催化直接分解NO脱硝的负载型金属氧化物催化剂，其特征在 于，所述催化剂为负载型复合金属氧化物催化剂，所述负载型复合金属氧化物催化剂为复 合金属氧化物M0X负载在A1 203载体上，所述M为选自铈、铜、锰和镍中的两种或三种；优选 所述催化剂为 CeCu0x/Al203、CeMn0x/Al 203、CeNi0x/Al203和 CeCuMnO X/A1203中的一种或多种。
【文档编号】B01J23/10GK104474890SQ201410737013
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】周继承, 徐文涛, 罗羽裳, 游志敏 申请人:湘潭大学