[发明专利]一种低温﹑高效脱除氮氧化物的Ce-Fe基催化剂

说明书

本发明提供了一种高活性、低温Ce‑Fe基SCR催化剂，其组成成分主要包括Ce、Fe或Ce、Fe、W，是采用单模微波技术结合浸渍法制备获得，其中Fe₂O₃的形貌为八面体结构。该催化剂在较宽的温度范围内均可表现出高的NO_x消除性能，且具有优异的低温活性和抗水性能。本发明提供催化剂的NO_x脱除效果优于传统SCR催化剂，且其制备工艺简单，操作方便，成本低，具有明显的工业应用价值，可用于催化消除燃煤烟气中的NO_x。

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的Ce-Fe基催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，我国大面积、长时间的雾霾天气给人类健康敲响了警钟。雾霾污染的主要成因之一是氮氧化物(NO_x)、二氧化硫(SO₂)和挥发性有机物(VOCs)三者相互作用形成的PM2.5，而PM2.5具有颗粒小、毒性大和难沉降等特征。此外，NO_x可形成酸雨、光化学烟雾等，对环境和人体健康都产生了严重的危害。随着机动车保有量的增加及燃煤电站装机容量的攀升，NO_x的排放量不断增加。因此，开展NO_x高效消除研究已成为一项迫在眉睫的工作。

在众多NO_x消除技术中，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的烟气中喷入氨、尿素或者其它还原剂，在催化剂的作用下选择性地与NO_x反应生成N₂和水。其中，高性能催化剂的研发是实现该技术的关键。目前SCR催化剂主要包含三类：(1) 过渡金属Fe、Mn、Co、Cu和V基催化剂，其中V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂催化剂已实现规模化工业应用，但其存在的问题是活性温区在300-400 ℃，低温活性较差，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(100-250℃)条件下具有优异的NO_x还原活性，但其易SO₂中毒并将还原剂NH₃氧化成N₂O，导致N₂选择性较差，且贵金属昂贵的价格限制了该类催化剂的规模化应用。(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 (100-400℃)较宽，且催化剂废弃后易于回收而备受关注，但该类型催化剂也易SO₂中毒，且载体中的硅铝易和烟气中的水蒸气反应形成水合物，导致水热稳定性较差。为此，能否开发出低温活性好、N₂选择性高、抗硫性能强的高性能SCR催化剂就成为NO_x消除的关键。

国内外研究者为获得上述高性能SCR催化剂开展了大量的研究，如Mn、Ce和Fe基等催化剂。其中，CeO₂由于具有良好的储氧能力和氧化还原性能，且具有丰富的表面氧缺陷位，Ce的电子捐赠效应会削弱NH₃的氧化，赋予了Ce基催化剂在高温下较高的N₂选择性，因而近年来受到许多研究者青睐。然而，由于纯CeO₂自身表面酸性位较少，导致低温SCR活性和抗硫性能远不能满足实际要求。众多的研究通过在CeO₂中复合过渡金属氧化物来提高低温活性和抗硫性能。如复合Fe和W等，不仅可以显著改变Ce的表面，形成更多的表面氧缺陷，提高催化剂的氧化还原能力，同时可形成更多接受孤对电子的空轨道，促进NH₃的吸附，而且Fe和W因具有高酸度/低碱度的过渡金属氧化物，通过它们与Ce的氧化物复合，增强的Lewis酸性位促进了NH₃吸附与活化，且在该类组分上形成的硫酸盐相对不稳定，可有效抑制SO₂的吸附，促进形成的硫物种分解，从而提高催化剂的抗硫性能。