用于催化氧化氨氣的鉑/鈰鋁?分子篩催化劑及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種用于催化氧化氨氣的鉑/鈰鋁?分子篩催化劑。該鉑/鈰鋁?分子篩催化劑以堇青石陶瓷為載體，載體表面涂覆有催化劑層，所處催化劑層的催化活性中心由貴金屬鉑、鈰?鋁復合氧化物和釹改性分子篩組成；所述鈰?鋁復合氧化物、釹改性分子篩和貴金屬鉑的重量比為20～80:20～80:0.01～0.1；所述鈰?鋁復合氧化物中氧化鈰和氧化鋁的重量比為1～3:1～5；所述釹改性分子篩中氧化釹和分子篩的重量比為1～10:90～100。本發明專利技術所述鉑/鈰鋁?分子篩催化劑即使在高的空速(SV)下也可實現低溫活性窗口寬，催化活性好，選擇性高，能有效抑制N2O、NO、NO2二次污染物的生成。本發明專利技術還提供了所述鉑/鈰鋁?分子篩催化劑的制備方法。

【技術實現步驟摘要】
用于催化氧化氨氣的鉑/鈰鋁-分子篩催化劑及其制備方法
本專利技術屬于催化劑
，涉及一種用于催化氧化氨氣的催化劑及其制備方法，特別涉及一種用于催化氧化氨氣的鉑/鈰鋁-分子篩催化劑及其制備方法。
技術介紹
柴油機以其低油耗、高功率的特點得到越來越廣泛的應用，但是柴油機缸內的高溫高壓會產生大量的氮氧化物，帶來了嚴重的環境問題。目前，我國基本是采用選擇性催化還原(SCR)來處理柴油機產生的氮氧化物，其中應用最多的還原劑是尿素水溶液，尿素水解生成氨氣。為了達到更嚴格的NOx排放標準，國際上主要采用以下兩種方法：(1)噴射更多的尿素溶液，這種方法的缺點在于會造成多余的氨氣泄漏；(2)使用吸附氨氣的催化劑，這種方法的缺點在于當柴油車進行急加速時，會使排放的尾氣溫度急劇升高，脫附的氨氣加劇了氨氣的泄漏，引起新的環境二次污染。氨氣是一種無色且具有強烈刺激性惡臭的氣體，并能以任何比例與水相互溶解且極易揮發。其對人體呼吸道有刺激和腐蝕作用，降低人體對疾病的抵抗力。人在短期內吸入大量的氨氣，可能出現流淚、咽痛、聲音嘶啞、頭暈、惡心、胸悶、乏力等癥狀，嚴重者會出現肺氣腫，同時還會發生呼吸道刺激癥狀。氨氣已被我國列入惡臭污染物排放，成為環保領域控制項目，必須嚴格控制氨氣的排放。目前，去除氨氣的方法主要有化學吸收法、物理吸附法、催化裂解法、生物過濾法以及催化氧化法。化學吸收法和物理吸附法雖然操作簡單，但是需要定期更換吸附劑，易產生二次污染。催化裂解法需要在較高溫度下才能分解，且固定設備投資較大。生物過濾法，雖不產生二次污染，但因凈化氨氣效率低而很難實現工業化。催化氧化法是一種較為理想的治理技術，是在催化劑和氧氣的氣氛下，將氨氣催化氧化成無污染的氮氣和水。實際應用中，需要催化劑低溫性能好，才能使氨氣最大程度的轉化為氮氣和水，減少氮氧化物副產物的生成。常用的催化劑體系主要有以下幾類：金屬氧化物型催化劑、離子交換分子篩型催化劑及貴金屬型催化劑。金屬氧化物型催化劑雖然選擇性好且價格便宜，但是其低溫活性較低，在250℃時的轉化率僅為60％。離子交換分子篩型催化劑雖然低溫窗口寬，但是在250～300℃易產生氧化二氮，造成二次污染物。貴金屬型催化劑是將鉑、鈀等負載在氧化鋁等無機材料上，在250～450℃有較高的催化氧化活性，較好的低溫活性窗口，將泄漏的氨氣進行氧化，其反應式如下式(1)所示。4NH3+3O2→2N2+6H2O(1)然而，目前現有的貴金屬型催化劑大多是以氧化鋁為載體材料，貴金屬分布在氧化鋁上，導致貴金屬催化劑在進行氨氣氧化的同時，易引起N2O、NO、NO2污染物產生，因此嚴重限制了貴金屬型催化劑在實際中的應用，具體反應如下式(2)～(3)所示。4NH3+5O2→4NO+6H2O(2)4NH3+7O2→4NO2+6H2O(3)2NH3+2O2→N2O+3H2O(4)CN103476495A公開了一種氨氧化催化劑以及使用了其的廢氣凈化裝置和使用方法，采用雙層涂覆，下層是負載了貴金屬的無機材料，上層是分子篩催化劑，雖然在250～400℃對NH3有較高的催化氧化活性，但同時也產生了較高濃度N2O和NOx。因此，在使用尿素水溶液作為柴油機還原劑的選擇性催化還原(SCR)系統中，開發出低溫催化氧化氨氣性能好，并且可以有效抑制N2O、NO、NO2等污染物產生的貴金屬型催化劑非常迫切和必要。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術中所存在的上述不足，提供一種用于催化氧化氨氣的鉑/鈰鋁-分子篩催化劑及其制備方法。該鉑/鈰鋁-分子篩催化劑以堇青石陶瓷為載體，以貴金屬鉑、鈰-鋁復合氧化物(Ce-Al復合氧化物)和釹改性分子篩(Nd/ZSM-5)為催化活性中心，貴金屬鉑分布在鈰-鋁復合氧化物和釹改性分子篩上，并調節其重量份配比，使所述鉑/鈰鋁-分子篩催化劑即使在高的空速(SV)下也可實現低溫活性窗口寬，催化活性好，選擇性高，能有效抑制N2O、NO、NO2二次污染物的生成。為了實現上述專利技術目的，本專利技術提供以下技術方案：本專利技術所述用于催化氧化氨氣的鉑/鈰鋁-分子篩催化劑，以堇青石陶瓷為載體，載體表面涂覆有催化劑層，其特征在于：所述催化劑層的催化活性中心由貴金屬鉑、鈰-鋁復合氧化物和釹改性分子篩組成；所述鈰-鋁復合氧化物、釹改性分子篩和貴金屬鉑(以Pt計)的重量比為20～80:20～80:0.01～0.1；所述鈰-鋁復合氧化物中氧化鈰和氧化鋁的重量比為1～3:1～5；所述釹改性分子篩中氧化釹和分子篩的重量比為1～10:90～100。本專利技術所述催化氧化氨氣的鉑/鈰鋁-分子篩催化劑，貴金屬鉑以單質鉑和氧化鉑的形式存在。現有技術中，通常以貴金屬鈀、銠或金作為催化活性中心。其中，貴金屬鈀對氨氣的氧化性能不強，不能將氨氣完全氧化為氮氣，導致生成大量的氮氧化合物，造成二次污染；而且鈀的抗硫性能很差，容易造成硫中毒。貴金屬銠對氨氣基本沒有氧化性能，而且其價格比較貴。金雖然在低溫下有很好的氧化性能和選擇性，但是抗老化性能較差。申請人經多次試驗發現，將貴金屬鉑分布在鈰-鋁復合氧化物和釹改性分子篩上，不僅可顯著提高鉑/鈰鋁-分子篩催化劑的低溫催化活性，而且選擇性高，在將氨氣氧化成N2的同時有效抑制了N2O、NO、NO2二次污染物的生成。其主要作用機制為貴金屬鉑提供活性位，將氨氣氧化為氮氧化合物或者氮氣，氮氧化合物吸附在分子篩上面，提供二次反應，轉化為氮氣，抑制了N2O、NO、NO2二次污染物的生成。在催化劑層中，鈰-鋁復合氧化物作為貴金屬鉑的載體，使氨氣迅速反應；釹改性分子篩的作用不僅作為貴金屬的載體，同時可以吸附反應的氮氧化合物，使氮氧化合物進一步反應生成氮氣，抑制N2O、NO、NO2二次污染物的生成。在現有技術中，通常將貴金屬直接分布在未經改性的分子篩上，會導致N2O、NO、NO2二次污染物的生成；本專利技術采用釹對分子篩進行改性，有效地避免了該缺陷。優選地，所述催化劑在載體表面的涂覆量按照催化劑層的干重為120～180g/L計算。即催化劑漿料在載體表面干燥、焙燒以后，其表面的涂覆量應該達到每升堇青石陶瓷載體表面涂覆催化劑120～180g。當催化劑層的干重小于120g/L，氨氣氧化不完全，達不到高的轉化率；當催化劑層的干重大于180g/L，會增大柴油機的背壓，對柴油機的燃油經濟性造成不良的影響。進一步優選地，所述催化劑層的干重為150～170g/L。最佳優選地，所述催化劑層的干重為155～165g/L。優選地，所述分子篩為ZSM-5分子篩。ZSM-5分子篩基本結構單元是由八個五元環組成，其晶體結構屬于斜方晶系，利于氮氧化合物的吸附。申請人經多次實驗發現，在催化劑層中鈰-鋁復合氧化物、釹改性分子篩和貴金屬鉑的重量比是影響鉑/鈰鋁-分子篩催化劑催化活性和選擇性的關鍵因素之一。當鈰-鋁復合氧化物、釹改性分子篩和貴金屬鉑的重量比在20～80:20～80:0.01～0.1的范圍內時，鉑/鈰鋁-分子篩催化劑對氨氣催化活性和選擇性均較佳。進一步優選地，所述鈰-鋁復合氧化物、釹改性分子篩和貴金屬鉑的重量比為40～70:30～60:0.04～0.06。最佳優選地，所述鈰-鋁復合氧化物、釹改性分子篩和貴金屬鉑的重量比為50:50:0.0441。通過以上優選，可以使鉑/鈰鋁-分子篩催化本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于催化氧化氨氣的鉑/鈰鋁?分子篩催化劑，以堇青石陶瓷為載體，載體表面涂覆有催化劑層，其特征在于：所述催化劑層的催化活性中心由貴金屬鉑、鈰?鋁復合氧化物和釹改性分子篩組成；所述鈰?鋁復合氧化物、釹改性分子篩和貴金屬鉑的重量比為20～80:20～80:0.01～0.1；所述鈰?鋁復合氧化物中氧化鈰和氧化鋁的重量比為1～3:1～5；所述釹改性分子篩中氧化釹和分子篩的重量比為1～10:90～100。

【技術特征摘要】
1.一種用于催化氧化氨氣的鉑/鈰鋁-分子篩催化劑，以堇青石陶瓷為載體，載體表面涂覆有催化劑層，其特征在于：所述催化劑層的催化活性中心由貴金屬鉑、鈰-鋁復合氧化物和釹改性分子篩組成；所述鈰-鋁復合氧化物、釹改性分子篩和貴金屬鉑的重量比為20～80:20～80:0.01～0.1；所述鈰-鋁復合氧化物中氧化鈰和氧化鋁的重量比為1~3:1~5；所述釹改性分子篩中氧化釹和分子篩的重量比為1～10:90～100。2.根據權利要求1所述的鉑/鈰鋁-分子篩催化劑，其特征在于：所述催化劑在載體表面的涂覆量按照催化劑層的干重為120～180g/L計算。3.根據權利要求1所述的鉑/鈰鋁-分子篩催化劑，其特征在于：所述分子篩為ZSM-5分子篩。4.根據權利要求1所述的鉑/鈰鋁-分子篩催化劑，其特征在于：所述鈰-鋁復合氧化物、釹改性分子篩和貴金屬鉑的重量比為40～70:30～60:0.04～0.06。5.一種如權利要求1~4任一項所述鉑/鈰鋁-分子篩催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）鈰-鋁復合氧化物的制備取0.1~0.4g/ml的硝酸鋁溶液和0.1~0.4g/ml的硝酸鈰溶液，混合均勻，加入到0.1~0.3g/ml的檸檬酸溶液中，攪拌1～2h，蒸干水分，然后干燥，焙燒，得鈰-鋁復合氧化物；（2）釹改性分子篩的制備將0....

【專利技術屬性】
技術研發人員：廖傳文，劉小慶，彭鵬，孫浩，李云，
申請(專利權)人：四川中自尾氣凈化有限公司，
類型：發明
國別省市：四川;51