[发明专利]一种Fe-PCH催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种Fe‑PCH催化剂及其制备方法和应用，催化剂按质量百分比包括：蒙脱土异质结构材料PCHs 88％～95％和Fe₂O₃5％～12％；催化剂是以蒙脱土异质结构材料为载体，纳米级Fe₂O₃均匀分散于PCHs孔道内；制备方法包括：钠基蒙脱土制备，有机改性蒙脱土材料制备，蒙脱土异质结构材料PCHs制备，Fe‑PCH催化剂制备；催化剂用于脱除工业烟气中的NO_x。本发明蒙脱土异质结构材料是一种新型介孔材料，有规整的三维孔道结构，具备比表面积大、热稳定性高等优点，是一种优良的催化剂载体；纳米级Fe₂O₃均匀分散在PCHs孔道内，形成SCR活性中心，以烃类为还原剂，具有高效的脱硝效率。

技术领域

本发明属于催化剂材料及其制备和应用领域，特别涉及一种Fe-PCH催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氮氧化物(NO_x)是主要大气污染物之一，会造成一系列环境问题且危害人体健康。目前，工业固定源脱硝工艺主要使用NH₃作为还原剂，常用的催化剂为V₂O₅-WO₃/TiO₂，但该脱硝工艺存在诸多问题。NH₃易发生泄漏，需要特殊的处理与贮藏设备，未反应的NH₃的排放会对环境造成二次污染。钒钛催化剂成本高、本身具有一定毒性，使用后又难以回收处理。烃类选择性催化还原NO技术(HC-SCR)极具发展潜力，由于烃类化合物来源丰富，且在NO_x污染源中同时存在着部分烃类，故可以实现两种污染物的同时消除。蒙脱土异质结构材料(PCHs)是一种新型介孔材料，具有比表面积大、热稳定性高等优点。铁氧化物无毒、价格低廉，作为活性组分有较好的催化氧化-还原性能，在HC-SCR技术中有很高的应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种Fe-PCH催化剂及其制备方法和应用，制备的蒙脱土异质结构材料是一种新型介孔材料，有规整的三维孔道结构，具备比表面积大、热稳定性高等优点，是一种优良的催化剂载体；纳米级Fe₂O₃均匀分散在PCHs孔道内，形成SCR活性中心，以烃类为还原剂，具有高效的脱硝效率。

本发明的一种Fe-PCH催化剂，所述催化剂按质量百分比包括：蒙脱土异质结构材料PCHs 88％～95％和Fe₂O₃ 5％～12％；所述催化剂以蒙脱土异质结构材料PCHs为载体，纳米级Fe₂O₃均匀分散于PCHs孔道内。

本发明的一种Fe-PCH催化剂的制备方法，具体步骤为：

(1)将蒙脱土钠化处理，得到钠基蒙脱土，进行有机模板剂插层，得到有机改性蒙脱土材料；

(2)将步骤(1)中有机改性蒙脱土材料进行SiO₂层间柱撑，得到蒙脱土异质结构材料PCHs；

(3)将步骤(2)中PCHs浸渍于Fe的前驱体溶液中，超声振荡，静置，再次超声振荡，干燥，焙烧，得到Fe-PCH催化剂。

所述步骤(1)中将蒙脱土钠化处理的具体步骤为：将蒙脱土加入到浓度为0.8-1.5mol/L 的氯化钠溶液中，50-70℃下搅拌11-13h，离心分离，110℃干燥4-6h，得到钠基蒙脱土，其中蒙脱土与氯化钠溶液的比例为1-2g:90-110mL。

所述步骤(1)中进行有机模板剂插层的具体步骤为：将钠基蒙脱土加入到浓度为0.1-0.3mol/L的十六烷基三甲基氯化铵CTAC溶液中，50-70℃下搅拌20-30h，用去离子水洗涤至pH＝7，离心分离，室温干燥，得到有机改性蒙脱土材料，其中钠基蒙脱土与CTAC溶液的比例为2-3g:40-60mL。