[发明专利]用于氨催化燃烧的多元催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及多元催化剂。更具体地说，本发明涉及用于氨催化燃烧的多元催化剂及其制备方法。同时涉及本发明的多元催化剂用于氨作为燃料在空气中催化洁净燃烧的应用。

背景技术

众所周知，氮元素是大气中最丰富的元素，占全部大气层的78％以上，它通常以单质氮气或+5价NO₃^-和-3价氨气(NH3)的形式存在。氨气自上世纪实现工业化生产以来，合成氨工业已经成为和硫酸、氯碱等国民经济中占据重要地位的无机化合物支柱工业。氨气及其衍生物是非常常见的无机氮肥和基础化工原料，广泛应用于化肥、半导体和硝酸等无机合成领域。一般地，氨气在人们心目中的印象是一种无色具有刺激性气味的气体，不易燃不易爆，它具有弱碱性，常用来处理工业排放的二氧化硫等酸性气体和生产各种氮肥。

汽车工业作为当今世界经济中的支柱产业，在极大程度地提高人类生产效率和生活质量的同时，其含碳燃料如汽油和液化石油气的消耗所带来的二氧化碳等气体产生的严重副效应，一方面汽车尾气排放造成的严重污染影响着人类的生活质量，威胁着人们的健康。另一方面，由于现有探明的有限储量的石油资源，随着石油消费的迅猛增加，导致现有油品燃料价格急剧上升，能源严重短缺。为实现经济社会可持续发展，我们面临的一个紧迫任务不仅是建设高效、智能的交通系统，发展洁净、环保的交通工具，最大限度地减少汽车尾气中排放的有害物质，而且需要开发新型高效的非含碳燃料，以从根本上解决能源短缺问题和减少二氧化碳等温室气体的排放。

因此开发研究新型高效的非含碳燃料，尤其是发明价格便宜，原料丰富，便于运输和储存的洁净无污染的新型燃料已经迫在眉睫。氨气及其液氨是国民经济中大宗的基础化工原料，它通常由空气中的氮气与电解水获得的氢气直接催化合成而制得；也可将含碳原料在造气炉中通入空气和蒸汽制成原料气，然后精制为1∶3的氮氢混合气，催化法合成氨。通过热力学计算表明，氨气如果和空气中的氧气发生燃烧反应，将释放出巨大的能量，燃烧产物为氮气和水。但是，目前有关氨气的催化洁净燃烧方法至今在国内外未见相关报道。本发明人试图发明一种新型的多元催化剂，实现氨气的洁净燃烧过程，开发氨作为清洁燃料的用途。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于氨燃烧的多元金属氧化物催化剂，使液氨或者氨气在空气中催化氧化生成氮气和水，实现氨气在空气中的洁净燃烧过程。

本发明的另一个目的是提供一种多元金属氧化物催化剂的制备方法。用该方法制备的多元金属氧化物催化剂，具有晶型完整、纯度高、粒径分布窄、催化活性高和寿命长等优点，特别适用于氨在空气中的催化燃烧。

本发明还有一个目的是开发氨作为燃料的用途，解决目前存在的燃料紧缺和使用含碳燃料所带来的环境污染问题。将本发明的多元金属氧化物催化剂用于氨的催化燃烧过程，得到具有300-1000℃洁净无污染的高温燃气，用于加热和取暖等用途。

本发明提供一种用于氨燃烧的多元金属氧化物催化剂，该催化剂以重量百分比计包括成分：

(1)锰：0.5-70％；

(2)铁：0.5-65％；

(3)银；0.5-80％和/或

(4)铜：0.5-80％；

余量为氧元素，催化剂总量为100％，其中银元素以单质银或氧化银形式存在，其余金属元素主要以氧化物形式存在。

本发明的多元金属氧化物催化剂，进一步包括0.02％-20％的钾元素，所述钾元素主要以氧化钾形式存在。还可进一步包括0.02％-10％的铋元素，所述铋元素主要以氧化铋形式存在。

本发明还提供一种多元金属氧化物催化剂的制备方法，该方法包括：将含有银、锰、铁、铜、钾和/或铋离子的混合金属离子水溶液，缓慢加入到次氯酸盐和碱液的混合液中进行反应，形成氧化物沉淀，该沉淀经干燥和煅烧后，得到所述的多元催化剂。

其中，反应温度为10-75℃，优选15-30℃；煅烧温度为300-900℃，优选在500-850℃进行煅烧。金属离子水溶液选自硝酸盐、硫酸盐或乙酸盐的水溶液，优选硝酸盐水溶液。次氯酸盐选自次氯酸钠、次氯酸锂、次氯酸钙或它们任意比例的混合液，优选次氯酸钠；碱液选自氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或它们任意比例的混合液，碱液浓度范围为5-53％重量，特别优选使用浓度为20-45％重量的氢氧化钠溶液。

具体实施方式

本发明用于氨催化燃烧的多元金属氧化物催化剂的制备方法，包括：