[发明专利]锰铁复合氧化物基整体式脱硝催化剂、制备方法

说明书

本发明属于大气污染治理技术和环境保护中氮氧化物净化技术领域，公开了一种锰铁复合氧化物基整体式脱硝催化剂、制备方法，将一定摩尔比的锰盐、铁盐和配体超声溶解于混合溶液中，与处理后的金属载体一起进行水热处理；煅烧、随炉冷却制得一种呈纳米棒状金属有机框架衍生的锰‑铁复合氧化物基整体式脱硝催化剂。本发明利用活性组分间及其与载体间的强相互作用使催化剂呈现出较强的低温催化活性、抗水性和稳定性，所制备的催化剂具有良好的界面结合力，不易在催化过程中发生团聚脱落，实现对产物组分、形貌结构、晶型的设计性调控，充分发挥催化剂的催化潜力；可以用于垃圾焚化炉、水泥炉窑和玻璃炉窑等排放烟气的处理。

技术领域

本发明属于大气污染治理技术和环境保护中氮氧化物净化技术领域，涉及一种锰铁复合氧化物基整体式脱硝催化剂的制备方法，尤其涉及一种金属有机框架衍生的锰-铁复合氧化物基整体式脱硝催化剂、制备方法。

背景技术

氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一，过量的氮氧化物排放不仅会引起光化学烟雾、酸雨和臭氧层空洞等环境问题，而且会对人类健康造成一定的危害。氨选择性催化还原(NH₃-SCR)是目前国内外应用最为广泛的脱硝技术，该技术的核心是催化剂。V₂O₅-WO₃/TiO₂以其优异的NO转换效率和高抗硫特性成为目前应用最为广泛的商业脱硝催化剂。但其仍然存在反应温度窗口窄(300-400℃)、反应温度高和由V物种的生物毒性导致的二次环境污染等问题。因此，研究同时具有低温催化活性和环境友好性等优点的脱硝催化剂具有至关重要的意义。

锰氧化物(MnOx)具有极强的低温催化活性和良好的环境友好性，被认为是最有可能代替钒基催化剂的。但是其抗硫性、氮气选择性和结构稳定性仍不能满足应用需求。为解决此问题，学者们对锰基催化剂进行了一系列的改性研究。美国密歇根大学Qi等人利用铁氧化物对MnO₂/TiO₂催化剂进行掺杂，并发现铁氧化物的加入能够有效提升催化剂的催化活性、N₂选择性，并降低SO₂的毒化作用。南京大学董林等人利用CTAB辅助合成法制备了FeMnTiO_x脱硝催化剂，并认为催化剂表面结晶状态、氧化还原性及表面活性组分分散度是影响催化剂催化活性及抗硫性的主要因素。

在实际应用中，颗粒状的催化剂必须负载在成型的载体进行使用以避免催化剂流体阻力大，易被粉体堵塞使得反应无法正常进行。目前常用的载体为活性炭和蜂窝陶瓷。但其传质传热能力仍有待提高。中国专利CN101444727A公布了以浸渍负载，挤出成型和控温煅烧后合成整体式蜂窝催化剂的方法。采用二次涂覆的方法制备整体式催化剂无法实现活性组分与载体间的强相互作用，使得催化剂在使用过程中容易出现脱落现象。除此之外，二次涂覆步骤繁琐，成本较高，不利于实际应用。

综上所述，现有整体式脱硝催化剂技术存在的问题是：现有技术受传统制备、负载方法的限制无法实现活性组分在载体上的较大覆盖与包覆，二次负载的方法步骤繁琐，成本较高。除此之外，采用传统方法制备的催化剂在实际使用过程中常常出现脱落现象。

解决上述技术问题的难度：寻找具有良好传质传热性能、强机械强度及形态可设计的载体具有一定难度，能实现活性组分在在载体表面更多的包覆、活性组分与载体强相互作用的合适的制备方法的设计也有一定难度。

解决上述技术问题的意义：首次以金属有机框架为前驱体制备更接近实际应用的具有良好低温活性的整体式脱硝催化剂。MOF前驱体的选择实现了催化剂活性组分在载体表面较大的包覆，原位生长的方法实现活性组分与载体间的强相互作用，金属基载体的选择实现了使用过程中良好的传质传热性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种由金属有机框架衍生的锰铁复合氧化物基整体式脱硝催化剂、制备方法，该催化剂可用于垃圾焚化炉、水泥炉窑和玻璃炉窑等固定源的尾气脱硝处理。