[发明专利]用于催化还原氮氧化物的结构化催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于催化还原氮氧化物的结构化催化剂及其制备方法。

背景技术

大气中氮氧化物(NO_x)主要来自火力发电厂的烟气、与燃烧有关工业过程的排 放气以及机动车尾气。NO_x是一种空气污染物，是产生酸雨、光化学烟雾及臭氧层 空洞的主要原因之一，对生态环境、工农业生产和人体健康均有巨大的危害。为 此，世界各国的大气污染物排放标准均对NO_x进行了严格限制。

为节省能源、提高燃油的经济性以及减少NO_x的排放，稀薄燃烧型发动机应运 而生。但如何在稀薄燃烧条件下进行NO_x的脱除成为急待解决的难题，也是目前催 化研究领域的一个热点问题。

目前催化脱除NO_x的方法主要有三效催化剂(TWC)法、催化分解法和选择性催 化还原(SCR)法。三效催化剂法多采用贵金属三效催化剂，不但价格昂贵而且易发 生中毒，且运行条件苛刻，如尾气富氧时则不能有效除去NO_x。从热力学上看，催 化分解法(NO催化分解为N₂和O₂)最具吸引力，目前采用的催化剂主要有贵金属、 金属氧化物、钙钛矿型复合物和金属离子交换的分子筛等，这些催化剂存在严重 的氧抑制问题，不能在富氧气氛中工作，且低温活性很差，实用价值较低。

选择性催化还原(SCR)是在含氧气氛中，在催化剂的存在下使还原剂优先与废 气中的NO_x反应并使其还原为N₂的催化过程。在电厂废气净化中，多使用氨作为还 原剂。但由于投资和设备运转费用比较高，以及存在氨泄漏、管道腐蚀和储运安 全等问题，不适用于处理机动车等移动污染源等原因，碳氢化合物逐渐取代氨成 为NO_x选择性催化还原法的还原剂。

研究表明，一些碳氢化合物，如C₂H₄，可以在氧的存在下选择性还原NO。所 用的催化剂包括H⁺、Cu²⁺、稀土金属离子交换的沸石催化剂(如ZSM-5、丝光沸石等)、 金属氧化物催化剂和Pt、Pd、Rh和Ru等贵金属催化剂。这类催化剂的主要缺点 是N₂的选择性不高，较低温度时会产生大量的副产物N₂O；稀薄燃烧排出的尾气中 碳氢化合物含量通常较低，要利用选择性催化还原方法除去NO_x常常需要另外加入 烃类，经济不合算，且会生成新的温室气体CO₂，因此近年的NO_x选择性催化还原 研究集中在以CH₄作还原剂，需要解决的问题是增强反应在高温条件下的选择性和 减少CO₂的生成；另外，由于汽车尾气的温度范围很大，因此要求催化剂的活性温 度范围较宽，设计复合型催化剂来拓宽活性温度范围是今后的主要的技术路线。

因此，Misono等提出NO_x选择性催化还原双功能催化剂的概念。双功能催化剂 由两种以上活性组分组成，形成两种活性中心。在这种催化剂上，反应分两步： 首先NO被氧化为NO₂，然后烃类选择性还原NO₂为N₂。一种活性中心对NO氧化为 NO₂起作用，另一类活性中心对烃类选择性还原NO₂为N₂起作用。由于双功能催化 剂的协同作用，此类催化剂比单一催化剂具有高的催化活性和选择性，特别是大 大提高了抗水蒸气失活能力，是很有发展前途的一类烃类选择性还原NO_x的催化剂 体系。目前，国内外有关SCR双(多)功能催化剂的研究尚处于摸索阶段，报道的 专利文献也较少。

发明内容

技术问题：本发明提供一种能够保持稳定性和氮氧化物(NO_x)转化率的用于催 化还原氮氧化物的结构化催化剂及其制备方法。

技术方案：本发明提供的用于催化还原氮氧化物的结构化催化剂是以Zr和Ti 元素为主组分，以Mn、Ce、Cu、Cr、Co元素作为助催化剂，用Pd和Pt贵金属离 子进行修饰，通过制作浆液，以拟薄水铝石为粘结剂，涂覆在堇青石蜂窝陶瓷载 体上，其技术方案如下：