[发明专利]用于辅助微波脱硝的负载型金属氧化物催化剂、制备方法及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种烟气脱硝净化技术领域，特别涉及一种用于辅助微波脱硝的负载型金属氧化物催化剂、制备方法及其使用方法。

背景技术

氮氧化物(NOx)是重要的大气污染物,其主要来源于化石燃料的燃烧和汽车尾气。氮氧化物的过量排放，引起酸雨、光化学烟雾、温室效应增强、臭氧层破坏等环境问题。氮氧化物不仅环境污染危害最大且最难处理。现有技术中，NOx的无害化脱除根据N的稳定状态有两种途径可以实现:(1)利用氧化物将NO先氧化成NO₂，再转化为硝酸盐或硝酸；(2)将NOx还原成对环境无毒害作用的N₂。前者转化为工业副产品，需要进一步处理使用，后者无需更多步骤，更具有实际意义。现有处理技术主要以NH₃-SCR和SNCR为主，SNCR技术即直接喷入氨或尿素等还原剂在高温(900～1050)℃条件下实现NOx的脱除，其脱NOx效率仅为30％～50％，脱硝效率低，无法满足日益严格的环保要求。NH₃-SCR技术尽管脱硝效率达到80-90％，但这种技术不仅投资大且催化剂贵，在运行中需要耗用大量的氨气或液氨，极易产生氨逃逸造成环境二次污染。如果将氮氧化物通过直接分解可以避免使用氨气、氢气、甲烷等有毒有害、易燃易爆还原性气体，该过程中不产生二次污染且能提高处理过程的安全性，但是，氮氧化物直接分解为氮气，反应的活化能高达364KJ/mol，因此在通常反应条件下很难进行。使用催化剂能够降低反应的活化能，使反应在较为温和的反应条件下进行。Iwamoto用Cu-ZSM-5催化剂催化NO分解生成氮气，在500℃条件下分解率最高达85％。但是不足之处在于反应温度还比较高，分解效率相对较低。现有的关于微波条件下的氮氧化物催化分解方法，一般以ZSM型分子筛为载体，虽然可以达到一定的脱硝效率，但是载体制备工艺复杂、载体的水热稳定性差、金属氧化物组分活性不高等诸多缺点，特别是活性组分负载量高，甚至高达70％，过高的负载量一是导致催化剂比表面积减小，二是容易引起催化剂组分团聚而失活，三是高负载量的金属氧化物实际是通过增强微波吸收能力提高局部反应热点的温度，并没有真正体现催化剂的催化作用。

因此，需要一种催化剂载体制备工艺简单、载体的水热稳定性好、活性组分负载量低且能高效催化氮氧化物分解的用于辅助微波脱硝的负载型金属氧化物催化剂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于辅助微波脱硝的负载型金属氧化物催化剂、制备方法及其使用方法，催化剂载体的水热稳定性好、活性组分负载量低，不仅来源方便，还具有很好的微波吸收能力，能够很好的发挥微波和催化剂的协同作用以提高氮氧化物的催化分解效率，且制备工艺简单。

本发明的一种用于辅助微波脱硝的负载型金属氧化物催化剂，所述催化剂为以炭质为载体，以金属氧化物为活性组分的负载型催化剂；

进一步，所述金属氧化物为过渡金属元素与氧元素组成的低价态变价金属氧化物中的一种或者是两种以上混合物；

进一步，所述金属氧化物包括主活性组分或者是活性组分与助催化活性组分的混合物，所述主活性组分为Cu₂O、NiO、Fe₂O₃和Mn₂O₃中的一种或两种以上混合物，所述助催化活性组分为CeO₂或La₂O₃；

进一步，所述主活性组分占催化剂总重量的0.5％-20％，所述助催化活性组分占催化剂总重量的0.1％-10％；

进一步，所述主活性组分占催化剂总重量的5％，所述助催化活性组分占催化剂总重量的2％；

进一步，所述炭质载体为活性炭、生物质焦、生物质半焦中的一种。

本发明还公开一种用于辅助微波脱硝的负载型金属氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将可溶性金属盐溶液通过浸渍法或共沉淀法负载到炭质载体上，经干燥、焙烧制得催化剂。

本发明还公开一种用于辅助微波脱硝的负载型金属氧化物催化剂的使用方法，包括以下步骤：

将催化剂置于微波场中形成反应床层，将氮氧化物气体通过反应床层，在微波的热点效应和负载金属氧化物的催化作用下氮氧化物被催化分解为氮气和氧气；

进一步，所述微波场的微波频率为500MHz-2450MHz，氮氧化物气体的进气空速为1000-10000h^-1,反应床层温度为180-450℃；