一种钙钛矿型催化剂催化直接分解no脱硝的方法
【专利摘要】本发明提供一种钙钛矿型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，且所述催化剂为锰基钙钛矿催化剂。优选所述催化剂为BaMn1-xMgxO3，其中x为0～0.4。使用本发明中特定的钙钛矿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NO。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99.8％)，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】-种巧铁矿型催化剂催化直接分解NO脱硝的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及催化分解NO脱硝领域，具体涉及一种巧铁矿型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% W上成分为NO。据估 计，2015年我国燃煤电厂NO,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究、 推广和应用。
[0003] NO的直接分解法因具有经济、不消耗NHs、C0、C&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2NO心N2+02, NO直接分解为馬和化在 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，因此研究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] 巧铁矿型复合金属氧化物结构稳定，其组成的金属元素可W是许多不同价态过渡 金属，该些不同价态的过渡金属生成的巧铁矿型复合氧化物可W形成多种缺陷，进而表现 出催化消除NO,的性能。据目前的研究表明，巧铁矿催化剂是最有潜力的NO直接分解的 催化剂之一，因为它们的制造成本低、而且能够在高温下长周期运行。如王东等发表《类 巧铁矿型Lai.eMu.4Ni〇4(M = Mg, Ca，Sr, Ba)催化分解NO的研究》/黑龙江大学自然科学学 报，2008, 03:381-384。
[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 的研究，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W化/Ga-5A作催化剂和N&肥化作还原剂在微波催化下选择还原脱除 NO。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。唐军胚在微波加热 模式和常规加热模式下，用化/ZSM-5催化剂进行脱硝研究，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] 上述研究虽然都很多，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，且脱除工艺比较复杂的问题，本发明 提供一种工艺简单易行、NO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，本发明的发明人首先考虑到，通常情况下，只有在高温下（反 应温度高于50(TC )巧铁矿催化剂才表现出具有直接催化分解NO的活性。而且NO在巧铁 矿催化剂上直接催化分解反应有强烈的氧阻碍作用，实际废气中共存的氧气使NO转化率 严重降低。但本发明的发明人仍然试图找到一种与巧铁矿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。
[0009] 考虑到微波能作为一种高效能已经得到普遍认可，微波可W极大地加速化学反 应。因此，发明人试着进行巧铁矿催化剂与微波的匹配来催化直接分解NO脱硝。基于此思 路，发明人首先进行了一系列实验研究，考察巧铁矿催化剂吸收微波性能，与微波匹配关系 及微波福照下催化剂床层升温特点等，直到本发明人找到一类巧铁矿催化剂，使得该催化 剂能与微波在催化NO直接分解反应中形成近乎完美的配合。
[0010] 因此，本发明提供一种巧铁矿型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，且所述催化剂为猛基巧铁矿催化剂。
[0011] 使用本发明中特定的巧铁矿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NO。
[0012] 在一种具体的实施方式中，所述催化剂为BaMrVxMgx化，其中X为0?0. 4。本领域 技术人员容易理解的，当X值取0时，所述催化剂为BaMn〇3 ;当X值不为0时，所述催化剂为 Mn部分被Mg取代而形成的BaMrVxMgA催化齐U。本发明的发明人通过实验发现，W本发明 中该种特殊的巧铁矿催化剂为催化剂催化直接分解NO脱硝时，所述巧铁矿能够吸收微波。 优选本发明所述催化剂为BaMn〇.9Mg〇.i〇3,实验发现当催化剂中元素配比为BaMn〇.9Mg〇.i化时， 其催化直接分解NO的性能最优。本发明中，所述BaMrv成g扣3催化剂例如为采用溶胶-凝 胶法制备得到的巧铁矿催化剂。
[0013] 在本发明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猛 基巧铁矿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N,和〇2。其中， 催化反应的温度例如为100?40(TC，优选200?30(TC。
[0014] 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。
[0015] 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-lOs，优 选l-3s。本发明所述微波频率为500?3000MHz。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有W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99. 8% )，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W直接达到国 家排放标准。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为本发明中反应时间对微波催化直接分解NO转化率数据的影响；
[0018] 图2为本发明中使用的巧铁矿催化剂在催化反应前后的XRD图，其中线条1为催 化剂在催化反应前的XRD图，线条2为催化剂在催化反应后的XRD图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合实施例作进一步详细的说明。
[0020] 实施例1
[0021] 按照化学计量比炬aMrVxMgA，X = 0, 0. 1，0. 2, 0. 3, 0. 4)将一定量前驱体盐溶于 120ml蒸觸水，超声15min，升温至50°C，揽拌15min。加入适量巧樣酸和己二醇（与金属盐 阳离子之比是1. 25)，揽拌0.化，然后升温至8(TC，揽拌化。置于烘箱12CTC烘干12h，放入 马弗炉中40(TC赔烧化，然后70(TC赔烧化，即得到相应的催化剂粉末。
[00过 实施例2
[0023] 本发明所述方法包括在微波催化反应器装置的反应管中填充催化剂形成微波催 化反应床，待处理的废气在通过微波催化反应床时发生气-固相反应进行脱硝处理；所述 催化剂是BaMni_yMgy〇3(x = 0, 0. 1，0. 2, 0. 3, 0. 4);所述催化剂填充在微波催化反应器装置 的反应管中，待处理的废气经过微波催化反应床时，气体中的NO发生直接分解反应生成环 境友好的吨和〇2, W达到直接脱硝的目的。所述直接催化分解反应的温度为l〇(TC?40(TC， 优选200-30(TC ;所述直接催化分解反应的压力为常压或略高于大气压。
[0024] 本实施例中，所述待处理的废气为大连大特气体有限公司提供的为N2和NO组成 的混合气，其中NO浓度为lOOOppm。N〇x分析仪为美国制造的42C N〇-N〇2-N〇xAnalyzer。
[0025] 微波功率在O-lOOOw连续可调，频率为2400-2500MHZ。石英管反应器为 WG1/2. 45-05. 4X54。本实验所用的石英管长540mm，内径10mm。催化剂填充在石英管反应 器内组成催化剂床层，上述试验用废气经过催化剂床层进行微波催化直接分解NO的反应。
[0026] 将实施例1所得的BaMrVxMgA (X = 0, 0. 1，0. 2, 0. 3, 0. 4)催化剂分别填充在石英 管反应器内，填装量为2g，目数为20-60目。进气NO浓度为lOOOppm，氧气的含量为5 %，气 体在微波催化反应床中的停留时间为Is,反应压力为常压。调节微波功率，改变催化剂的反 应床层温度，使床层温度分别维持在l〇(TC、15CTC、20(TC、25(TC和30(TC，进行微波催化直 接分解NO的实验，实验结果如表1所示。
[0027] 表 1
[0028]
【权利要求】
1. 一种钙钛矿型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，且所述催化剂为锰基钙钛矿催化剂。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂为BaMni_xMgx0 3，其中x为0? 0? 4。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述催化剂为BaMna9Mgai03。
4. 根据权利要求1?3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 反应管中填充所述锰基钙钛矿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 解成凡和02。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，催化反应的温度为100?400°C，优选 200 ?300。。。
6. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述待处理的废气中氧气的含量为0. 1? 20%。
7. 根据权利要求6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1? 15%。
8. 根据权利要求6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7. 5? 10%。
9. 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 的停留时间为〇. 5-10s，优选l-3s。
10. 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。
【文档编号】B01D53/56GK104437079SQ201410737055
【公开日】2015年3月25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