[发明专利]一种HZSM-5分子筛改性的高性能铈基脱硝催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种HZSM‑5分子筛改性的高性能铈基脱硝催化剂的制备方法，涉及大气氮氧化物污染治理技术领域。本发明的一种HZSM‑5分子筛改性的高性能铈基脱硝催化剂的制备方法，通过将HZSM‑5分子筛和六水合硝酸铈混合，并研磨至无颗粒感，在流动的空气气氛中焙烧活化，得到的二氧化铈保持立方萤石结构不变，同时表面晶格缺陷增多的HZSM‑5分子筛改性铈基催化材料，制备过程不使用溶剂，以有效避免活性物种的流失。与现有的酸性助剂改性铈基催化剂相比，该催化剂在250～400℃范围内氮氧化物转化率均达到80％以上，显著提升了脱硝效率，降低了二次污染的风险，并拓展了HZSM‑5分子筛在脱硝催化剂中的应用领域。

技术领域

本发明涉及大气氮氧化物污染治理技术领域，更具体地说是一种HZSM-5分子筛改性的高性能铈基脱硝催化剂的制备方法。

背景技术

目前，我国NO_x排放实行的是全球最严的排放限值，氨气选择性催化还原氮氧化物(NH₃-SCR)是能够满足超低排放限值的有效技术。商业化应用的钒钨钛催化剂操作温度较高、钒具有生物毒性、SO₂容易导致催化剂中毒失活，因此迫切需要开发一种能够满足各种复杂条件下的新型高效脱硝催化剂。

在NH₃-SCR反应中，催化剂的氧化还原性和表面酸性是影响催化活性的决定性因素。CeO₂本身具有优异的氧化还原性以及良好的Ce³⁺/Ce⁴⁺转换能力，但对于纯CeO₂的表面酸性相对较弱和热稳定性较差而不能满足于实际应用，导致脱硝效率低。分子筛以及改性后的分子筛由于其出色的催化活性和选择性被认为是具有实际应用前景的脱硝催化剂。其中，以ZSM-5分子筛为载体负载各种过渡金属的催化剂体系尤为受到关注。氢型HZSM-5是ZSM-5的衍生物，因其具有相对合适的孔结构和酸性质，常用作工业固体催化剂的载体。目前，离子掺杂的HZSM-5分子筛催化剂被广泛地应用于固定源和移动源NH₃-SCR反应体系中，然而，由于HZSM-5分子筛孔道尺寸较小，在制备过程中掺杂离子难以均匀分布于内孔表面，致使离子掺杂对酸性能的调节不易控制；另外，离子过量掺杂会堵塞孔道，使得改性分子筛的比表面积和孔体积下降，不利于反应物与活性中心的接触反应及产物的扩散，从而采用离子掺杂进行改性效果有限。NH₃-SCR催化剂的研究涉及传统的中高温脱硝以及新型的低温脱硝，并且铈基催化剂在实验室条件下都显示了良好的脱硝活性，但离工业化应用级别还有一定的距离。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术中的铈氧化物催化剂的脱硝效率低且不易实现大规模制备等问题，本发明提出一种HZSM-5分子筛改性的高性能铈基脱硝催化剂的制备方法，通过将HZSM-5分子筛和六水合硝酸铈混合，并研磨至无颗粒感，在流动的空气气氛中焙烧活化，得到的二氧化铈保持立方萤石结构不变，同时表面晶格缺陷增多的HZSM-5分子筛改性铈基催化材料；制备过程不使用溶剂，操作简便，同时可以大规模制备。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种HZSM-5分子筛改性的高性能铈基脱硝催化剂的制备方法，首先将HZSM-5分子筛和六水合硝酸铈混合，然后研磨至无颗粒感，随后在流动的空气气氛中焙烧活化，得到的二氧化铈保持立方萤石结构不变，同时表面晶格缺陷增多的HZSM-5分子筛改性铈基催化材料。制备过程不使用溶剂，能够有效的避免活性物种的流失，具有高产率、对环境友好、工艺过程简单和制备成本低等优点，适用于大规模的生产；更重要的是，机械研磨后的催化剂结构有序度被破坏，增加二氧化铈表面晶格缺陷，有利于氧空位的形成，提高催化活性，同时防止催化剂的黏附和团聚。