[发明专利]尖晶石催化剂的制备及应用于氮氧化物的消除

说明书

技术领域

本发明属于纳米催化应用领域，具体涉及一种低温下高效脱硝催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，环境污染问题越来越受到全世界的广泛关注和重视。特别是在中国，雾霾问题已成为关系国民经济可持续发展和人们生活健康的重大社会问题。氮氧化物(NO_x)是产生光化学烟雾的主要前驱物之一，而柴油车尾气、燃煤电厂排放烟气和燃煤工业锅炉烟气是产生NO_x的主要来源。我国经过多年的发展，各种NO_x脱除技术虽然得到较为广泛的应用，但因NO_x污染导致雾霾的总体状况仍然得不到根本性的遏制。

在众多脱除NO_x技术中，选择性催化还原(SCR)是最有效脱除NO_x的技术之一。SCR技术是在含有NO_x的烟道气中喷入氨，尿素或者其他还原剂，在催化剂的作用下选择性地与烟气中的NO_x反应生成N₂和水，该技术的核心是催化剂。目前SCR催化剂主要包含三类：(1)过渡金属基催化剂。其中，V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂是目前大规模商业化应用的催化剂，但其活性温区在300-400℃，且V₂O₅为有毒物质。(2)Pt，Pd和Rh等为活性组分的贵金属基催化剂。它们虽然在低温条件下具有优异的NO_x还原活性，但易SO₂中毒并将还原剂NH₃氧化成N₂O，且贵金属价格昂贵等因素限制了贵金属基催化剂的广泛应用。(3)分子筛为载体的催化剂。ZSM-5和MFI等分子筛为载体的催化剂因活性温区较宽，且催化剂废弃后易于回收而引起关注，但该类型催化剂易SO₂中毒，且同时表面较多的羟基导致水热稳定性较差。因此，研发活性温区宽、水热稳定性好和耐SO₂中毒的先进SCR载体材料及催化剂是解决上述催化剂存在问题的关键。

近年来，众多研究表明，通过静电纺丝技术可以实现纳米材料的形貌和尺寸等微观结构的同步调控。静电纺丝法是指聚合物溶液在高压静电场作用下克服表面张力和粘性力形成喷射细流，细流在喷射过程中由于溶剂的快速挥发，最终在收集装置上固化形成纤维。该技术可大规模合成具有表面多级结构和内部多层次结构的不同形貌纳米材料，如实心/空心纳米纤维、异质结、核-壳结构、介孔纳米管和螺旋纳米纤维等。制备出的纳米材料不仅尺寸均匀、长度可调，且形貌可控，同时具有非常大的比表面积。这些纳米材料相比于传统的纳米材料具有更优异的电化学和传感等性能，但尚未报道利用该方法制备各种1D纳米材料并应用于NO_x消除反应。

然而，目前还没有相关专利和文献针对静电纺丝对NO_x消除催化剂的微观结构进行调控的相关报道。

发明内容

本发明的内容具体如下：

一种用于氮氧化物净化的尖晶石基催化剂，其特征是：该尖晶石型催化剂的分子式为AB₂O₄，其中A位主要为Mg,Cu,Co,Fe,Mn和Ni，B为主要为Al,Co,Mn,Fe，如MgAl₂O₄，CuCo₂O₄,CoMn₂O₄,FeCo₂O₄,CoFe₂O₄等。

由于传统方法制备尖晶石基催化剂，需要的温度>700℃,导致尖晶石的比表面积较小，不利于催化性能的提高。因此，本发明专利通过采用高压静电纺丝装置，通过高聚分子为模板，及添加络合剂，在不同电压及流速下合成尖晶石的前驱体，该前驱体在经焙烧后，高聚分子及络合剂分解后，形成尖晶石结构，所需要的温度为400℃,且比表面积远远大于传统方法合成的。

上述所说的高聚分子，可以为聚丙烯氰(PAN)，其对应的溶剂为N-N二甲基酰胺(DMF)；高聚分子也可以为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，其对应的溶剂为水或者DMF。所述的高聚分子的质量与无机盐的总质量比为2:1。所述的络合剂主要为柠檬酸(CA)，其对应的质量预为高聚分子的1/4。