一種用于氮氧化物脫除的催化材料，其特種在于：該材料由硅鋁氧及過渡金屬摻雜元素組成，且材料具有CHA型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。摻雜元素可以是銅元素、鐵元素、鈰元素中的兩種或三種組合物，摻雜元素對提高催化劑的低溫活性和穩(wěn)定性起到重要作用。這種催化材料制備方法的特征在于：摻雜元素與硅鋁等結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑等一步加入進(jìn)行反應(yīng)，這既可以保證摻雜元素在化合物中分布的均勻性，也避免了摻雜元素后續(xù)添加繁瑣工藝，同時客服了摻雜元素在后續(xù)添加過程對母體化合物的破壞。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
專利技術(shù)涉及一種氮氧化物脫除用催化材料及制備方法。
技術(shù)介紹
氮氧化物主要成分為一氧化碳(N0)和二氧化氮(N02),統(tǒng)稱為NOx。NO對人體沒有刺激性，但進(jìn)入人體后能迅速與血紅蛋白結(jié)合(結(jié)合能力是C0的1000倍)，使人缺氧并對中樞神經(jīng)造成傷害。此外，N0也是產(chǎn)生光化學(xué)煙霧的主要來源之一。截止到目前，全球已發(fā)生多起光化學(xué)煙霧事件，造成了大量的人員傷亡。N02對呼吸道粘膜刺激性很強(qiáng)，能導(dǎo)致氣管和肺部功能障礙、咳嗽、呼吸緊促，最終形成肺氣腫。短時間接觸N02即會出現(xiàn)中毒癥兆。據(jù)研究表明，如果人在N02濃度高于9.4mg/m3的空氣中持續(xù)暴露十分鐘，呼吸系統(tǒng)功能就會失調(diào)。在高溫線，氮氣可與氧氣發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)氮氧化物，因此在高溫下，氮氧化物極易生成。高溫鍋爐，煅燒設(shè)備，燃油發(fā)動機(jī)等都是氮氧化物的排放源。NOx的催化還原技術(shù)主要為富氧還原，具體包括:選擇性催化還原、存儲催化還原，以及用等離子體輔助催化還原等方法。考慮到實際使用環(huán)境狀況，有些技術(shù)未能得到廣泛推廣。目前，可產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)路線主要為:選擇性催化還原(Selective CatalyticReduct1n,簡稱 SCR)和儲存催化還原(NO Storage-Reduct1n,簡稱 NSR)。儲存催化還原(NSR) NSR催化劑一般以貴金屬作為催化活性組分，堿和/或堿土金屬氧化物作為儲存組分，Y -A1203作為載體提供大比表面積，以提高活性組分和儲存組分的分散度。文獻(xiàn)中典型的NSR催化劑體系是Pt和Ba負(fù)載在Y-A1203載體上，通常記為Pt/Ba/A1203。氮氧化物儲存成分堿金屬或堿土金屬本身并不能直接將氣相中的N0捕獲和氧化，而要借助于相鄰的貴金屬活性中心，在兩者的協(xié)同作用下才能將N0儲存起來。在還原氣氛中硝酸鹽是不穩(wěn)定的，快速釋放出N02并被還原劑按照汽車尾氣三效催化反應(yīng)的方式還原成N2，同時催化劑表面的捕獲能力得到恢復(fù)。選擇性催化還原(SCR) SCR的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理比較復(fù)雜，主要是還原劑在一定的溫度和在催化劑作用下，有選擇地把煙氣中的NOx還原為N2，同時生成水。催化劑的作用是降低NOx催化反應(yīng)的活化能，使其反應(yīng)溫度降低。NH3是實際工業(yè)應(yīng)用最多的還原劑，除了NH3，研究較多的是以小分子烴類、H2等。當(dāng)以氨氣為還原劑時，主要存在以下幾個反應(yīng):4NH3+4N0+02=4N2+6H204NH3+2N02+02=3N2+6H202NH3+N0+N02=N2+3H20 SCR技術(shù)的關(guān)鍵問題是選擇優(yōu)良的催化劑。理想的催化劑應(yīng)具備以下優(yōu)點:①活性高；②抗中毒能力強(qiáng)；③機(jī)械強(qiáng)度和耐磨損性好；④有合適的工作溫度區(qū)間；⑤抗吸水脫水性能強(qiáng)；這樣的催化劑才能應(yīng)用于實際的工業(yè)生產(chǎn)過程中；?催化劑本身在使用過程無有害物質(zhì)放出。迄今的研究中，SCR催化劑主要有以下幾類: (1)金屬氧化物選擇性催化還原法中應(yīng)用最多的金屬氧化物催化劑是V205。發(fā)電廠裝配的廢氣凈化系統(tǒng)，大多數(shù)也采用這類催化劑。V205可直接使用，但為了提高活性和穩(wěn)定性，大多都將其負(fù)載于A1203、Si02、A1203-Si02、Zr02、Ti02、Ti02-Si02:等氧化物載體上，商用的V205催化劑多負(fù)載于Ti02上，最常用的是V205-W03/ Τ?02型SCR催化劑。在工業(yè)應(yīng)用時，一般將V205-W03/ Ti02做成蜂窩形狀或涂敷于金屬板等基質(zhì)上。釩在高溫下具有揮發(fā)性，它的揮發(fā)將導(dǎo)致催化劑很快失活；二氧化鈦在高溫下也會發(fā)生相變從而使催化劑失活。因此V205-W03/ Ti02催化劑是不穩(wěn)定的。(2)貴金屬催化劑貴金屬是研究較早的一類SCR催化劑。貴金屬催化劑廣泛采用的載體是堇青石蜂窩體，貴金屬Pt、Pb、Rh擔(dān)載在載體上,載體中添加如La、Ce、Ba等助劑。(3)沸石類催化劑沸石催化劑對選擇性還原NOx具有高的催化活性，早在20世紀(jì)90年代初就引起人們的廣泛關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)，離子交換的沸石催化劑孔結(jié)構(gòu)、硅鋁比以及金屬離子的性質(zhì)和交換率對其催化還原NOx的活性有顯著的影響。目前，研究較多的沸石催化劑有:SAP0-34類，ZSM-5類。但是，相對其它的分子篩類催化劑而言，ZSM-5類催化劑的活性較低，特別是低溫活性；SAP0-34具有較好的耐高溫性能，耐受溫度在1000°C以上，在900 °C煅燒4小時后，其比表面未有下降的趨勢，且其晶體結(jié)構(gòu)未發(fā)生破壞。相關(guān)研究表明:銅改性的SAP0-34分子篩具有較高的NH3-SCR催化活性，反應(yīng)溫度為200°C時，新鮮催化劑對NOx的轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到90%，催化劑在850°C /6小時老化后，其對NOx的轉(zhuǎn)化效率仍然維持在85%以上。但是由于含磷分子篩的共性，其抗吸水脫水性能較差，在常溫下SAP0-34會發(fā)生分解而使催化劑的活性降低。綜上所述，研制一種既能夠耐受高溫環(huán)境、又能保持良好的穩(wěn)定性及活性且催化劑在使用中無毒副作用的氮氧化物脫除催化劑是解決當(dāng)前氮氧化物污染問題的關(guān)鍵。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對上述存在的問題，提供，該材料具有制備方法簡便，活性高，壽命長的優(yōu)點。本專利技術(shù)的技術(shù)方案: 一種用于氮氧化物脫除的催化材料，其特種在于:該材料由硅鋁氧及摻雜元素組成，且材料具有CHA型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了保證組合物同時具有低溫活性及耐高溫性能，在組合物里摻雜了過渡金屬元素，如銅元素、鈰元素、鐵元素等，其中銅元素的添加，有利于增加氮氧化物轉(zhuǎn)化催化劑的低溫活性。鈰元素的添加既能夠提高低溫活性，又能夠提高組合物的耐高溫性能，鐵元素的條件對保證催化劑的在高溫下的活性起到重要作用。本專利技術(shù)所涉及的催化劑的制備方法為:將鋁源、硅源、摻雜元素的化合物、適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑及一定量的水混合均勻，在140-180°C的溫度下進(jìn)行一步合成。其中，將鋁源可以是硫酸鋁或其水合物，氯化鋁或其水合物，硝酸鋁或其水合物，擬薄水鋁石，氧化鋁；硅源，可以是硅溶膠或硅膠，或是有機(jī)硅化合物；摻雜元素主要有銅元素，鈰元素，鐵元素，這些元素可來自這些化合物的氧化物，硝酸鹽，硫酸鹽或其對應(yīng)的配合物。結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑可以使N, N, N-三甲基金剛烷基氫氧化銨，四乙烯五胺或其組合物。這些摻雜元素的一步加入，既可以保證其均勻的分布于化合物中，省去后續(xù)添加的工序的繁瑣工藝，同時可以避免這些摻雜元素在后續(xù)添加過程對母體化合物的破壞，進(jìn)而對催化劑活性產(chǎn)生負(fù)面的影響。氮氧化物轉(zhuǎn)化的條件為:SV = 50K, 350 ppm NO and NH3, 4.6%H20, 5%C02, 14%02。【具體實施方式】實施例1 將4.46克的硝酸鋁，56.2克的硅溶膠(40%的溶液)，2.4克六水硝酸亞鈰水硫酸亞鐵，1.9克無水硫酸銅，3.2克七水硫酸亞鐵，1.4克的N，N, N三甲基金剛烷基氫氧化銨溶液(質(zhì)量濃度27%)，適量的水，按照一定的順序混合均勻，并將其轉(zhuǎn)入高壓釜中，在160°C下反應(yīng)3天。將反應(yīng)物過濾，600°C焙燒4小時后，得到了氮氧化物轉(zhuǎn)化催化劑。XRD檢測發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物含有CHA型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在140°C時，NOx的轉(zhuǎn)化率達(dá)到50%以上；在300°C時，NOx的轉(zhuǎn)化率達(dá)到98%以上。實施例2 將10.1克的硫酸招，56.2克的娃溶膠(40%的溶液),3.0克六水硝酸亞鋪,4.1克七水硫酸亞鐵，1.4克的N，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種用于氮氧化物脫除的催化材料及制備方法，其特種在于：該材料由硅鋁氧及摻雜元素組成，且材料具有CHA型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李淵，
申請(專利權(quán))人：天津朗鑫科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：天津;12
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