[发明专利]一种用于低温等离子体NH3

说明书

本发明公开一种用于低温等离子体NH₃选择性催化还原过程的催化剂及其制备方法，应用于以氨或含氨物质为还原剂的等离子体驱动催化脱硝过程。该催化剂为锰镍复合氧化物，制备方法是以硝酸锰和高锰酸钾共沉淀制成氧化锰，并用浸渍法将硝酸镍负载于氧化锰上，再经干燥和焙烧制得。本发明可以有效提高低温等离子体驱动催化脱硝效率和选择性，并降低反应能耗。

技术领域

本发明属于环境技术领域，特别涉及一种用于低温等离子体NH₃选择性催化还原过程的催化剂及其制备方法。

背景技术

NOx对于空气污染的影响愈发严重，控制尾气中NOx的排放是环保领域的重要研究方向之一。等离子体是通过在电场、辐射等外场作用下，产生大量的高能电子、离子和中性粒子而形成的导电流体，其中包含了大量的活性自由基，具有很高的活性，能够将NOx还原为N₂。等离子体的产生方法主要分为辉光放电、电晕放电和介质阻挡放电三种，其中介质阻挡放电可以在空气中实现，放电均匀，产生的等离子体浓度很高，广泛应用于环境净化领域。但是单独利用等离子体分解NOx，反应温度较高，并且O₂的存在会影响NOx的分解。将等离子体与催化剂结合，可以加快反应速率，抑制副反应的发生，常用的方式为等离子体驱动催化过程，又称“一段法”。这种方法是将催化剂填充至等离子体反应器中，烟气在流经催化剂的同时进行放电处理，两者同时作用去除污染物。

选择性催化还原（NH₃-SCR）是常用的脱硝方法之一，但是该技术的反应温度一般在350~500℃，而低温NH₃-SCR技术目前不成熟，无法大规模应用。而使用等离子体NH₃-SCR协同脱硝，即在等离子体驱动催化过程中加入还原剂氨，可以在150℃甚至更低温度，达到最佳的脱硝效率。余刚通过实验证实等离子体联合Cu-ZSM-5催化剂脱硝比单纯等离子体脱硝效率提高20％。Miroslaw在实验中发现，低温等离子体NH₃-SCR的NO去除率和能量效率分别为96%和3.4g/kWh，而等离子体单独作用时，NO去除率和能量效率分别只有66%和1.8g/kWh。低温等离子体NH₃-SCR脱硝效率受到催化剂的限制，以往的研究中表明贵金属催化剂表现出很好的催化效果，但是贵金属催化剂价格高昂，难以回收再利用，造成运行成本增加。

很多研究者利用非金属为活性组分制备复合催化剂，用于等离子体NH₃-SCR脱硝，其中锰因具有良好的催化活性备受关注。Chen等人制备了Mn-Ce-Ni/TiO₂催化剂，反应空速为20000 h^-1，虽然反应温度为150℃时NO去除率可以达到100%，但是在50℃时NO去除率只有58%。Li等人制备了Mn-Co-Ox催化剂和Mn-Ni-Ox催化剂，反应空速为35000 h^-1，虽然反应温度为125℃时NO去除率分别达到71%和77%，但是在50℃及以下时NO去除率只有30%和35%。Liu等人制备了MnOx/TiO₂–MWCNT催化剂，反应空速为75000 h^-1，在室温下的NO去除率最高能达到72.4%，但是能量效率仅为0.78g/kWh。这些催化剂在室温下的NO去除率普遍较低，并且电能消耗较大。因此需要改变催化剂的制备方法，进一步降低等离子体脱硝的温度和功耗。

发明内容

本发明目的是提供一种用于低温等离子体NH₃选择性催化还原过程的催化剂及其制备方法，应用于低温尾气或烟气，并且工况波动大的条件下，利用等离子体和NH₃将NOx还原为N₂。

本发明所述的脱硝催化剂是Ni/MnOx复合氧化物催化剂，制备方法如下述技术方案实现：