[发明专利]用于氮氧化物氢气选择催化还原的催化剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮氧化物氢气选择催化还原的催化剂及其应用。

背景技术

氮氧化物(NOx)是一类主要的大气污染物，主要包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)。氮氧化物对生态环境造成严重的危害，它是引发酸雨和光化学烟雾的主要物种，可导致人眼红肿，视力减退，呼吸急促，头痛，肺水肿等疾病，甚至威胁人类生命。氮氧化物由于其危害大，难消除等特点已经受到全世界范围的广泛关注。催化还原法是氮氧化物净化的主要方法，在特定催化剂作用下，氮氧化物可以被还原为无害的氮气。以氨为还原剂，选择催化还原NOx的技术(NH₃-SCR)是1957年由Engelhard公司开发并申请专利。后来日本在该国环保政策驱动下，成功研制出了现今被广泛使用的V₂O₅/TiO₂催化剂，并分别于1977年和1979年在燃油和燃煤锅炉上成功投入商业运用。SCR法目前已成为世界上应用最多、最为成熟且最有成效的一种烟气脱硝技术，其主要反应为4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O。科研人员围绕NH₃-SCR进行了大量的研究工作，很多新催化剂体系可见专利报道(US5198403；US2012184429)。然而，NH₃-SCR尚存在一些缺点和瓶颈，还原剂NH₃具有很强的腐蚀性，对管路和设备的要求非常高，造价昂贵；还原剂NH₃的加入比例要求精确控制，不足量的NH₃无法达到预想的净化效果，而过量的NH₃又会对环境造成二次污染。

与NH₃-SCR比较，以氢气作为还原剂的选择催化还原反应(H₂-SCR)具有明显的优势：H₂-SCR反应发生的温度(一般＜150℃)远远低于NH₃-SCR反应(300-400℃)，在实际应用过程中可以节约大量的能源消耗，同时降低了对设备的要求；氢是廉价易得的清洁还原剂，它比NH₃要便宜的多，并且没有NH₃的腐蚀性，避免了NH₃储藏运输过程中种种问题，大大增加了氮氧化物消除反应的经济性和可操作性。H₂-SCR脱硝反应是一条清洁高效的环保路线，能有效避免已经工业化的NH₃-SCR路线中的诸多缺点，具有重大的经济和社会效应。目前，关于贵金属与分子筛的H₂-SCR催化剂用于氮氧化物氢气选择催化还原的研究和实际应用鲜有公开，但是在贵金属与分子筛的催化剂中引入了稀土金属元素未见报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种新型用于氮氧化物氢气选择催化还原的催化剂及其应用。本发明是以贵金属活性组分Pt，稀土元素助剂(La、Ce或Sm等)以及分子筛载体(MFI，BEA，CHA，FER，MOR等)组成的催化剂。以氢气作为还原剂，在富氧条件下将氮氧化物转化为无害的氮气，是一种高性能净化氮氧化物催化剂，可达到较高的氮氧化物转化率，并且工艺流程简单、绿色节能，适于大规模工业化推广应用。

本发明提供的用于氮氧化物氢气选择催化还原的催化剂是由贵金属Pt、稀土元素助剂以及分子筛为载体组成，其中的质量百分比组成为：

Pt0.1-5.0％

稀土元素0.2-20.0％

分子筛75-99.7％。

(各组分的质量百分比之和为100％)。

其中，稀土元素：La、Ce、Sm中的一种或几种；所述的分子筛为具有下述结构的硅酸铝分子筛：MFI、BEA、CHA、FER或MOR，以及它们的磷酸硅铝分子筛等。

可选地，所述的稀土元素为0.2-5.0％；所述的分子筛为SAPO-34(Si/Al＝0.1)或ZSM-5(Si/Al＝30)。

本发明提供的用于氮氧化物氢气选择还原催化剂的制备方法包括以下步骤：

(1)按计量以具有MFI，BEA，CHA，FER，MOR等拓扑结构的硅酸铝分子筛或它们的磷酸硅铝分子筛作为载体，通过湿法浸渍引入稀土元素，在空气中450-550℃焙烧6-8h备用。

(2)将上述处理好的样品浸渍在氯铂酸溶液中，低温蒸干，在空气中450-650℃焙烧6-8h，形成催化剂粉末。