[发明专利]一种选择性催化还原NO的Mn-La-Ce催化剂及其应用

说明书

本发明公开了一种选择性催化还原NO的Mn‑La‑Ce催化剂及其应用，具体说它属于废气处理技术和环保催化环境领域。该催化剂是以ZSM‑5为载体，以Mn为主活性组分和过渡金属La、Ce为助剂，采用共浸渍法制备而成。首先称取计量比的Mn(NO₃)₂·4H₂O、La(NO₃)₄·6H₂O和Ce(NO₃)₄·6H₂O溶液与ZSM‑5分子筛浸渍，然后水浴搅拌至水分蒸发完全。接着将制得的粉末置于干燥箱中干燥过夜，在500～550℃焙烧5h，自然冷却即制得用于选择催化还原NO的Mn‑La‑Ce/ZSM‑5分子筛催化剂。本发明的Mn‑La‑Ce/ZSM‑5分子筛催化剂具备高的选择催化还原NO的能力，能有效的脱除NO和碳氢化合物。同时，助剂La、Ce与活性组分Mn能起到很好的协同催化作用，提高催化剂的低温活性，降低催化剂的起燃温度，扩宽催化剂的温度操作窗口。

技术领域

本发明涉及一种选择性催化还原NO的Mn-La-Ce催化剂及其应用，具体说它属于废气处理技术和环保催化环境领域。

背景技术

氮氧化物(NOx)是大气中的主要污染物之一，不仅能引起酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏及雾霭等问题，严重的影响人体健康，危害人类和动植物的生存环境。NOx主要包括NO、NO₂和N₂O，其中，NO占据90％以上。其主要来源于工业锅炉、火电厂、燃煤电厂等为主的固定源和机动车尾气为主的移动源。最新数据显示，NOx的排放量随着移动源的增加而逐年增加，因此，随着我国环境问题的日益突出，政府也制定了越来越严格的NOx排放标准，如何有效脱除氮氧化物的排放已经成为了现在主流的研究课题。

NOx的脱除技术包括：湿法脱除技术，储存还原技术(NSR)，直接催化分解技术，等离子体脱除技术，选择性非催化还原技术(SNCR)，以及选择性催化还原技术(SCR)。目前，在众多的脱硝技术当中，SCR技术是最具潜力的NOx净化技术之一，在催化剂的作用下，通过向反应体系中添加还原剂或者尾气中的还原物质选择性将NOx还原成N₂，使得尾气中的NOx得以降解。

选择性还原技术(SCR)的核心在于催化剂，SCR催化剂包括商业化的V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂、贵金属催化剂、金属氧化物催化剂和分子筛催化剂。其中，国内外商业化的V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂低温活性较差，操作温度窗口窄(350-400℃)，且V₂O₅属于高毒物质，对人体健康和环境危害较大。而贵金属催化剂虽然具备优异的催化性能，但是其制备成本太高，容易与尾气中的硫化物形成硫酸盐，硫中毒而导致催化剂失活。金属氧化物催化剂在空速较高时催化活性较低，易SO₂中毒，且在高温老化之后结构坍塌，比表面积减少，从而导致催化剂失活，无法满足越来越严格的排放标准。因此，研究高催化活性、较宽操作温度窗口和低成本的分子筛催化剂成为重点，开发具备自主知识产权的高活性分子筛催化剂也极其具有意义。

本专利的设计思路是首先筛选出具备良好NO脱除效果且成本低廉的金属活性组分，添加助剂既能促进活性组分的高度分散，又能强化助剂-活性组分-载体之间的相互作用，提高催化剂的低温脱硝活性，扩宽催化剂的操作温度窗口，提高催化剂的稳定性。于是我们按照金属的分类和结构特性，做了大量的探索工作，我们探索了Mn、Ce、Ni、Fe、Zn等活性组分，研究发现Mn具有一定的低温活性，但是其稳定性较差，紧接着，我们探索加入La、Ce助剂用以提高催化剂的低温活性和稳定性，研究发现La、Ce助剂与活性组分形成的金属复合氧化物结构具备储氧和释氧的能力，载体、助剂和活性组分三者之间形成相互作用，促进了SCR反应，极大地提高了催化剂的低温活性。

发明内容