[发明专利]基于金属有机框架结构的低温脱硝催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于金属有机框架结构的低温脱硝催化剂及其制备方法，该催化剂包括载体和附着在该载体上的活性组分，所述载体结构为金属有机框架结构MOF‑74，活性成分为锰和金属X，其中X为铜、铁、钴、镍、锌、镁的一种或几种。本发明采用的基于金属有机框架结构的低温脱硝催化剂，具有大比表面积、高孔隙率、框架结构稳定和金属活性点完全暴露等优点，在150℃时的催化效率接近100％，且活性温度窗口广，具有广阔的应用前景，本发明基于MOF的低温高效脱硝催化剂，低温范围内反应活性优异，无毒，安全，生产成本低。

技术领域

本发明涉及一种脱硝催化剂及其制备方法，特别是涉及一种低温脱硝催化剂及其制备方法，应用于催化剂技术领域。

背景技术

氮氧化物已经成为我国第一大酸性气体污染物，氮氧化物污染会导致人类呼吸系统疾病、光化学烟雾、酸雨和雾霾等。大气中的氮氧化物主要来源于机动车、火力发电厂、工业燃烧装置等方面，如何有效降低氮氧化物的排放成为环保领域的一个重要研究方向。

目前最有效的控制办法，是利用氨气和氧气将氮氧化物气体进行选择性催化还原(SCR)，生成绿色的氮气和水。该办法中的脱硝装置一般安装在除尘器之后，这时的烟气温度在150℃左右，因此，催化剂的低温活性好坏对于脱硝效果十分重要，研究开发低温高效的SCR催化剂成为烟气脱硝技术的关键点。

商业化的钒基催化剂具有脱硝效率高、抗二氧化硫能力较强的特点，但起活温度均为中、高温，在低温范围内基本不具有反应活性，且本身具有一定的毒性。贵金属催化剂低温活性优良，但生产成本高。研究发现，锰基催化剂具有较好的低温催化活性，但活性窗口较低，且易烧结，导致比表面积显著降低，从而减少了反应活性位点。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于金属有机框架结构的低温脱硝催化剂及其制备方法，将锰基催化剂负载于热稳定性较好的具有大比表面积的金属有机框架结构载体上，利用金属有机框架材料(MOF)作为一种新型载体材料，具有大比表面积、高孔隙率、框架结构稳定和金属活性点完全暴露优点，设计用于气固催化剂的理想载体材料，从而获得基于MOF的低温高效脱硝催化剂，低温范围内反应活性优异，无毒，安全，生产成本低。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于金属有机框架结构的低温脱硝催化剂，以金属有机框架材料为载体，以金属锰和金属X为附着在该载体上的活性组分，其中X为铜、铁、钴、镍、锌和镁中的任意一种元素或任意几种元素的组合，形成金属有机框架-MnX结构的复合材料，作为脱硝催化剂用于115-300℃时进行的低温脱硝。

优选上述Mn和X的摩尔比例为1:(0.01～5)。进一步优选上述Mn和X的摩尔比例为1:(0.25～1)。

优选上述金属有机框架为MOF-74，形成MnX-MOF-74结构的复合材料。

优选上述基于金属有机框架结构的低温脱硝催化剂，作为脱硝催化剂用于115-250℃时进行的低温脱硝。

一种本发明基于金属有机框架结构的低温脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：

a.将乙醇、水、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)按照1:1:(2～20)的体积比加入烧杯中，搅拌混合均匀，得到混合溶剂；

b.按照1:(1～10):(0.1～5)的摩尔比例，称取2,5-二羟基对苯二甲酸(DHTP)、四水合氯化锰(MnCl₂·4H₂O)以及金属X的水合硝酸盐，加入到在所述步骤a中制备的混合溶剂中，超声搅拌1-10分钟，使DHTP和金属粉末完全溶解，得到反应物混合液；其中，X为铜、铁、钴、镍、锌和镁中的至少一种元素；