[发明专利]一种纳米Ti基蒙脱土Cu催化剂的制备方法及其在HC-SCR中的应用

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米催化材料领域，涉及一种纳米Ti基蒙脱土Cu催化剂的制备方法及该纳米Ti基蒙脱土Cu催化剂应用于中低温(150-350℃)选择催化还原NO反应。

背景技术

NO_x主要来源于电厂排放气和汽车尾气，可使人类产生肺气肿、视力减退、支气管炎等疾病，且对农作物和生态环境有极大的危害。因此，世界各国制定了限制NO_x排放的各项法规和政策，所以有效的去除NO_X对于环境及人民生活等方面具有非常重要的意义。在各种去除NO_x方法中，选择催化还原法(SelectiveCatalytic Reduction，SCR)具有低成本和高效率的特征，是目前唯一工业化的脱硝技术。此技术主要以V₂O₅-WO₃/TiO₂为催化剂去除NO_x，但此催化剂具有毒性，限制了其在工业上的广泛应用。

Cu等过渡金属催化剂价格低廉、产量大、无毒，但是目前在脱硝过程中反应温度较高，在300℃以上。Y. Wan等利用离子交换法制得Cu-Al-MCM-41催化剂，此催化剂在350℃时NO取得最高的转化率，N₂的收率在40％左右(Y.Wan，J.X.Ma，Z.Wang，W.Zhou，S.Kaliaguine，J.Catal.227(2004)242-252)。X.Jiang等采用溶胶凝胶法制得CuO-TiO₂催化剂，在300℃时取得最高的NO转化率(Y.Jiang，G Ding，L.Lou，Y.Chen，X.Zheng，Catal.Today 93-95(2004)811-818)。

发明内容

本发明提供了一种纳米Ti基蒙脱土Cu催化剂的制备方法及其在HC-SCR中的应用。采用离子交换方法制备出具有介孔结构的Cu-Ti-PILC催化剂，孔径为2.2-6.8nm，比表面积为178-312m²/g。其中Cu的质量百分含量为1-5wt％，实验所用仪器简单、操作便捷、成本低廉。将该Cu-Ti-PILC催化剂应用到选择催化还原NO，在中低温(150-350℃)下，N₂的收率在50-70％以上。

本发明的一种纳米Ti基蒙脱土Cu催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)柱化剂的制备

取一定量的Ti的前躯体TiCl₄加入到0.5-2M的HCl溶液中，使Ti和HCl的摩尔比为5-10，在持续搅拌下再加入去离子水，20-40℃搅拌12-30h后得到稳定透明的柱化剂。

(2)蒙脱土悬浮液的制备

将一定量的蒙脱土加入到500ml的去离子水中，在20-60℃搅拌12-30h，使蒙脱土充分膨胀。

(3)Ti基蒙脱土的制备

在20-60℃下，将步骤(1)溶液加入到步骤(2)悬浮液中，此时Ti和蒙脱土的质量比为5-30。搅拌12-30h后，过滤离心，用去离子水进行洗涤以去除氯离子，然后在80-120℃温度下干燥6-24h，最后至于马弗炉中，在300-700℃温度下煅烧3-8h。

(4)催化剂的制备

将铜前驱体(如醋酸铜、硝酸铜、硫酸铜)溶于去离子水中，制得活性组分溶液。然后加入步骤(3)制得的Ti基蒙脱土载体，进行一次及数次离子交换，使得铜的质量百分含量为1-5wt％。离子交换后的溶液过滤离心，用去离子水洗涤数次，在80-120℃温度下干燥6-24h，再在200-600℃温度下煅烧3-8h，便可获得Ti基蒙脱土Cu催化剂。

上述制备方法得到的纳米Ti基蒙脱土Cu催化剂在HC-SCR中的应用，采用的技术方案是：烃类(如甲烷、丙烯、其他种类的烃类)还原剂与NO的体积比为1∶1，O₂的含量为8-15vol.％，空速为25000-45000h^-1，活性测试温度为150-350℃。本发明制得的催化剂在250℃时取得最高的活性，此时N₂的收率可达50-70％以上，具有较大的工业应用前景。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明以蒙脱土为原料制得Ti基蒙脱土载体，操作简单、成本低廉、热稳定性高、重复性高，可以提高催化剂的抗硫和抗水性能。

(2)所制备的Ti基蒙脱土Cu催化剂具有较宽的的介孔结构(孔径为2.2-6.8nm)和较高的比表面积(178-312m²/g)。