[发明专利]一种用于氮氧化物氨选择催化还原的催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于氮氧化物氨选择催化还原的催化剂。

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)。其中，V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂已工业化应用20年，Fe-分子筛基催化剂近几年也在欧洲及美国成功实现工业化。目前所广泛使用的NH₃-SCR催化剂的综合性能，如NOx转化效率，NH₃逃逸量，催化剂的稳定性及寿命等，还有待进一步提高。在对8CR研究过程中，研究人员发现对于给定的NH₃-SCR催化剂，当反应体系中的NO与NO₂比例为1∶1时，NOx的还原反应效率大大提高，称之为快速NH₃-SCR反应：2NH₃+NO+NO₂→4N₂+6H₂O。动力学研究表明快速NH₃-SCR反应的反应速率是普通NH₃-SCR反应的10倍以上，使用快速NH₃-SCR过程替代普通NH₃-SCR可有效的提高NOx转化率，减少催化剂的用量，降低反应温度，延长催化剂寿命，从而达到提高氮氧化物净化效率和降低工业成本的双重功效。目前，国际上对快速NH₃-SCR的研究刚刚起步，处于基础研究阶段。这里，我们将报道一种新型高性能多组分催化剂，应用于NH₃-SCR反应。我们将通过改性元素La、Ce等的引入在Fe-分子筛催化剂上部分实现快速NH₃-SCR从而提高催化剂的脱硝效率并降低催化剂工作温度。同时改性元素的引入可大大提高SCR催化剂的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于氮氧化物氨选择催化还原的催化剂，该催化剂绿色无毒，氨选择催化还原氮氧化物反应温度低，大大节约能源。氮氧化物转化率高，适于大规模工业化推广应用。本发明是一种新型绿色高性能氮氧化物氨选择还原催化剂。

本发明提供的一种用于氮氧化物氨选择催化还原的催化剂由活性组分Fe、稀土元素助剂以及载体材料组成，其重量百分比为：

Fe0.1％-5.0％

稀土元素0.2％-20.0％

分子筛75％-97.3％

其中，稀土元素为La、Ce、Sm中的一种或多种；分子筛为Beta分子筛或为Beta分子筛与ZSM-5分子筛混合物。

可选地，Fe为：1％-3％；稀土元素为：5-12％。

Beta分子筛与ZSM-5分子筛混合物中，ZSM-5为20-80％。

本发明提供的用于氮氧化物氨选择催化还原催化剂的制备方法经过以下步骤：

(1)以Beta分子筛或Beta分子筛与ZSM-5分子筛混合物为载体，通过湿法浸渍引入质稀土元素La、Ce、Sm等，在空气中500-600℃焙烧6-7h备用。

(2)以亚铁盐作为活性组分前驱体，制备成水溶液，通过液相离子交换法引入Fe活性组分，通过控制交换次数与时间调变Fe含量，将上述处理好的样品干燥，在空气中500-600℃焙烧6-7h，形成催化剂粉末。。