[发明专利]一种钴基钙钛矿类催化剂的制备及其热催化脱硝方法

说明书

一种钴基钙钛矿类催化剂的制备方法，采用溶胶‑凝胶法制备，以柠檬酸为络合剂，硝酸镧、硝酸钴为金属盐，经焙烧得到钴基钙钛矿类催化剂；利用该催化剂，模拟烟气携带汽化H₂O₂进入热催化反应器，与反应器内石英管中催化剂发生气固相反应，汽化H₂O₂在钴基钙钛矿类催化剂表面活化生成活性氧物种将NO氧化，进而被尾部吸收液吸收，转化成可作为复合肥初级原料的硝酸盐和亚硝酸盐；该系统，实现了对燃煤烟气中高浓度NO的有效脱除，反应加入H₂O₂作为氧化剂，降低了反应温度，且所制备的钴基钙钛矿类催化剂具有良好的抗硫性，实现了NO的高效去除和资源化利用。

技术领域

本发明属于烟气净化技术领域，具体涉及一种钴基钙钛矿类催化剂的制备及其热催化脱硝方法。

背景技术

氮氧化物(NO_x)是造成酸雨，光化学烟雾，温室效应等环境问题的主要前驱体之一。NO_x存在形式多样，主要包括NO、NO₂、N₂O、N₂O₅、N₂O₄等，而燃煤产生的NO_x主要为NO，其占比约为95％；故控制NO排放是解决NO_x污染的关键。目前，国内外应用广泛的脱硝技术为选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)。这两种方法虽然脱除效率高，但仍存在诸多弊端，如净化装置占地面积大、氨易泄漏和催化剂易中毒等。因此开发经济高效的NO控制技术至关重要。

钙钛矿是一类具有ABO₃分子式的化合物统称，其中一般A位为稀土金属或碱土金属，B位为原子半径较小的过渡金属。立方结构是钙钛矿的理想晶体结构，其中A位离子位于立方体中心，B位离子则与氧离子以八面体形式配位，位于八面体中心，氧离子则位于各条棱的中点。钙钛矿因其独特的理化性质，较强的水热稳定性和优良的抗中毒性等，目前已在太阳能电池、传感器、储能、催化和环境修复等方面得到了广泛研究。此外，在气态污染物特别是NO控制方面也得到显著关注。

目前，钙钛矿催化剂脱硝已取得了一定进展，但研究多集中在低浓度NO的体系内，反应温度高，能耗大。钙钛矿活化H₂O₂脱硝则是利用H₂O₂产生的自由基实现NO高效氧化，得到用于制造复合肥肥的硝酸盐和亚硝酸盐，实现氧化产物的二次利用，同时脱硝反应温度较低，脱除NO的初始浓度较高，能满足大量工业需求。但是，从目前公开的资料来看，钙钛矿活化H₂O₂氧化NO鲜有报道。

发明内容

为解决现有钙钛矿脱硝技术中反应温度高、NO资源化利用率低等问题，本发明提供了一种钴基钙钛矿类催化剂制备及其热催化脱硝方法。

具体的说，本发明第一方面，是提供一种钴基钙钛矿类催化剂的制备方法，是采用溶胶-凝胶法制备，以柠檬酸为络合剂，硝酸镧、硝酸钴为金属盐；硝酸镧、硝酸钴用量为等量，柠檬酸用量为硝酸镧及硝酸钴用量之和，经高温焙烧后得到钴基钙钛矿类催化剂，记为LaCoO₃。其具体的制备包括下述步骤：

(1)将硝酸镧和硝酸钴溶于去离子水中；

(2)将柠檬酸加入上述溶液中；

(3)将混合液置于水浴锅中，于90℃搅拌至凝胶状；

(4)将得到的凝胶置于鼓风干燥箱中，于110℃干燥10小时以上；

(5)将干燥的凝胶研磨后放入马弗炉中，700℃煅烧5小时以上，制得钴基钙钛矿类催化剂。