[发明专利]一种分解一氧化二氮的催化剂及其制备方法和一氧化二氮的分解方法

说明书

本发明提供一种分解一氧化二氮的催化剂及其制备方法和一氧化二氮的分解方法，所述催化剂同时包括过渡金属的氧化物、助剂、改性元素和粘结剂，所述助剂包括碱金属的氧化物、碱土金属的氧化物、镧氧化物、铈氧化物或锌氧化物中的任意一种或至少两种的组合；所述改性元素包括钇元素和/或钕元素；所述粘结剂包括氧化硅和/或氧化铝。所述催化剂活性高且耐温性能好，催化剂的周期稳定性佳，且所述制备方法为一步合成法，制备工艺简单无污染产生，所述分解方法床层温度低，无需额外加热气体且副产高质量蒸汽，降低了运行成本。

技术领域

本发明涉及一氧化二氮分解技术领域，更具体地说是以过渡金属的氧化物为催化剂，催化一氧化二氮分解生成氮气和氧气的方法，尤其涉及一种分解一氧化二氮的催化剂及其制备方法和一氧化二氮的分解方法。

背景技术

一氧化二氮(N₂O)曾长期被认为是一种对环境无害的气体，并广泛应用于工业及医学等领域。近年来，随着对N₂O认知和研究的深入，其环境危害性已得到共识。N₂O不仅可破坏臭氧层，同时还是一种重要的温室气体，其全球升温潜能值分别是CO₂的310倍和CH₄的21倍。

目前已经将CO₂、CH₄、N₂O、O₃、氢氟氯碳化物和全氟碳化物等六种温室气体减排纳入了统一的法律约束框架。N₂O的排放控制和消除已成为必须面对的重要课题，相关理论和技术的研究开发也越来越受到国内外学术界和产业界的重视。

在众多N₂O消除方法中，直接催化分解法工艺路线简单、操作成本低、N₂O转化率高、且无二次污染，是一种比较经济有效的方法。目前针对N₂O直接催化分解法的催化剂研究集中在贵金属催化剂、复合金属氧化物催化剂和分子筛催化剂三类，其中金属氧化物催化剂和分子筛催化剂因制备成本低，受到科研工作者的青睐。

CN103506128A公开了一种以ZnO和NiO为活性负载金属氧化物，SiO₂、TiO₂、ZrO₂等复合材料为载体的催化剂，该材料由于载体的分散作用及金属载体作用，在高温下具有良好的活性，700℃条件下N₂O能够完全消除。

CN105381801A公开了一种由γ-Al₂O₃为载体，四氧化三钴和氧化铜为活性组分构成的负载催化剂，该材料活性组分较好的分散于载体表面，耐高温，操作温度较宽。在无助剂添加的条件下，630℃可实现N₂O的完全消除。

CN1046638C公开了CuAl₂O₄的铜铝尖晶石结构的催化剂，该类型催化剂具有较好的笑气分解能力和耐高温性，已经在巴斯夫和国内的辽化实现了工业化应用。在工业装置上混合气入口温度需达到470～500℃，但催化剂床层温度约750～800℃的高温下才有高的笑气分解率，这就需要非常高的设备投资，并且在运行过程中需不断提温才能满足笑气的高分解率，催化剂高温下逐渐失活，主要原因是：虽然CuAl₂O₄的铜铝尖晶石结构的催化剂有较好的性能，但是在持续的高温反应中会全部形成尖晶石相，进而催化剂的活性下降。

CN106140295A公开了一种钴基分子筛催化剂，分子筛在碱液中100～200℃扩孔处理后负载钴和其他助剂，负载后的催化剂在270℃下就具有非常高的笑气分解率。在较低温度下分解虽然可以降低设备投资，但是这么低温度很难副产高质量的蒸汽。