一種鹼液表面處理的氧化鉻催化劑及其製備和應用的製作方法
2023-05-23 11:16:06
一種鹼液表面處理的氧化鉻催化劑及其製備和應用的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種鹼液表面處理的氧化鉻催化劑及其製備和應用。該催化劑採用沉澱法或直接焙燒法製備氧化鉻粉末，鹼液浸泡方式製備氧化鉻催化劑，將其應用於NO的常溫常壓催化氧化反應中，能夠在常溫常壓催化氧化NO為NO2，獲得極高的轉化率，並且能夠長時間保持高活性和高穩定性。本發明催化劑原料易得，工藝簡單，具有極好的應用前景。
【專利說明】一種鹼液表面處理的氧化鉻催化劑及其製備和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鹼液表面處理的氧化鉻催化劑及其製備和應用，主要針對環境中的NO催化氧化，適用於空氣汙染物的消除，在環境淨化領域具有應用前景。
【背景技術】
[0002]隨著城市化進程快速發展，隧道，停車場，煤礦等半封閉空間越來越多。在這些半封閉空間內，由於自然通風受到限制，機動車排放的尾氣無法及時排出，致使汙染物累積，空氣汙染嚴重，氮氧化物(NOx )是主要的汙染物之一，每年來自全國機動車的排放量高達583.3萬噸，90%以上為一氧化氮(NO).最常用的NOx治理技術是選擇性催化還原法(SCR)，但該方法需要具有較高的反應溫度(通常為200 - 400°C)，無法適用於半封閉空間內NOx的常溫消除.採用氣相選擇性催化氧化，即先將NO催化氧化為NO2,再用鹼液進行吸收消除，是一種行之有效的方法。
[0003]目前用於NO常溫催化氧化的催化材料報導最多的是活性炭纖維(ACF)，鹼液塗覆或摻雜改性的活性炭纖維或活性炭(AC)等，該類催化材料具有較大的比表面積，較多的孔隙結構和表面官能團，主要通過對NO吸附再氧化進行反應，但是產生的NO2很容易吸附在炭表面，隨著NO2的增多，表面活性位減少，活性下降，無法滿足實際的應用需求，因此急需開發出一種活性高、穩定性好的常溫催化氧化NO催化劑，具有高效穩定性，用於半封閉空間內汙染物的淨化。
[0004]有文獻表明，過渡金屬氧化物催化劑具有較好的催化氧化活性，詳細考察了 Mn，Ce, Co, Fe四種過渡金屬氧化物，發現在250_350°C溫度範圍內，NO催化氧化活性順序為MnOx > CoOx > CuOx > FeOx,當溫度低於200°C時這四種催化劑的催化氧化活性都很低。唐曉龍等考察了一系列過渡金屬氧化物催化劑，發現在200°C時，Mn，Cr和Co 3種金屬氧化物具有較好的NO催化氧化活性，轉化率甚至高於50%。魯文質和藤堂尚之等對NO催化氧化性能的影響，發現錳銅催化劑在室溫具有較好的NO催化氧化性能，當Cu =Mn=I:6時，NO轉化率能夠達到100%。研究發現，300°C下，相比於CuO，ZnO和V2O5催化劑，Cr2O3表現出了較好的NO催化氧化活性。另有報導氧化鈰具有較強的儲存和釋放氧性能，將影響涉氧反應的進行。NO催化氧化是涉氧反應.羅晶詳細的研究了氧化鈰對TiO2擔載的Cr-Ce催化劑用於NO催化氧化反應的影響，考察了 Cr/Ce摩爾比，活性組分負載量，載體種類，焙燒溫度等因素的影響，發現Cr/Ce摩爾比為2:1，Cr2O3和CeO2總負載量為載體重量的30%，350°C焙燒獲得的無定形Cr-Ce/Ti02催化劑在330°C具有最佳的轉化率80.7%。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技術的不足，本發明提供一種鹼液表面處理的氧化鉻催化劑及其製備和應用。
[0006]一種鹼液表面處理的氧化鉻催化劑的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟:
(I)氧化鉻粉末製備:採用沉澱法或直接焙燒製備氧化鉻粉末，具體為:
沉澱法:稱取鉻前軀體10.0克溶解於100毫升去離子水中，在常溫攪拌，加入沉澱劑氨水，調節PH=8後，攪拌5-8小時，過濾，洗滌，60-150°C乾燥12小時，100-700°C煅燒2_6小時，獲得氧化鉻載體；
直接焙燒法:將鉻前軀體直接置於馬弗爐中於200-700°C焙燒2-6h獲得；
(2)鹼液表面處理氧化鉻催化劑製備:
採用過量浸潰的方式，將氧化鉻粉末浸泡於鹼液中，浸泡1-12小時後，放入60-100°C烘箱乾燥12小時後，放入馬弗爐200-400°C焙燒2-6小時，獲得鹼液表面處理氧化鉻催化劑。
[0007]所述鉻前軀體為鉻源，具體為硝酸鹽，或氯化物，所述鹼液為氨水，氫氧化鉀，氫氧化鈉，碳酸氫銨中的一種或其組合，所述鹼液PH=8-10。[0008]一種鹼液表面處理的氧化鉻催化劑，其特徵在於，根據上述任一所述方法製備得到。
[0009]一種鹼液表面處理的氧化鉻催化劑應用於一氧化氮催化氧化反應，能在常溫常壓高效催化氧化一氧化氮，且能夠維持長時間穩定性。
[0010]所述催化劑應用時的反應氣氛為5-100 ppm NO，其餘為空氣。
[0011 ] 本發明的目的在於提供一種用於NO常溫催化氧化的鹼液表面處理的氧化鉻催化劑及其製備和應用。原料採用硝酸鹽或氯化物(硝酸鉻或氯化鉻等)作為前軀體，採用沉澱法或直接焙燒方法製備氧化鉻粉末，後採用鹼液浸泡方式製備鹼液表面處理的氧化鉻催化劑，該催化劑在常溫常壓下具有較好的NO催化氧化反應活性和較好的長時間穩定性。
[0012]反應活性評價:稱取0.5g上述所獲得的催化劑在環境溫度開始通入反應氣，進行活性測試，總流量為≥720 ml/min (STP)。
[0013]所述催化劑用於NO催化氧化反應，能在常溫催化氧化NO並獲得了較好的NO催化氧化活性和穩定性。30°C能使NO高效氧化，轉化率達到85%，且能夠保持500 min以上的
穩定性。
[0014]本發明催化劑採用鹼液表面處理的方式，改變了氧化鉻催化劑的表面晶形結構，增加了活性位，提高了儲放NO性能，促進氧化鉻催化劑能夠在常溫催化氧化NO，不僅具有反應活性高的特點，而且長時間穩定性提高。這實現了常溫催化氧化NO反應，能夠在常溫對NO進行消除，且具有工程化應用的可行性。本發明催化劑原料易得，工藝簡單，具有很好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明實施例1、實施例2、實施例3和比較實施例1製備催化劑的NO催化
氧化反應活性結果。
【具體實施方式】
[0016]以下實例用於更詳細地說明本發明，但本發明並不限於此。
[0017]實施例1:
稱取硝酸鉻10.0g直接放入馬弗爐中300°C煅燒4h，獲得氧化鉻粉末。[0018]鹼液表面處理氧化鉻催化劑製備:
採用過量浸潰的方式，將氧化鉻粉末浸泡於氨水溶液中，氨水濃度為25%，浸泡12h後，放入100 °(:烘箱乾燥12h後，放入馬弗爐300 °C焙燒4h，獲得鹼液表面處理氧化鉻催化劑。
[0019]稱取0.5g上述所獲得的催化劑在常溫開始通入反應氣，進行活性測試，氣體組成為15 ppm NO，其餘為空氣，總流量為≥720 ml/min (STP)。
[0020]實施例2:
與實施例1相比較，不同的是鹼液為碳酸氫銨溶液，其他物料用量和操作條件與實施例I相同。
[0021]實施例3:
與實施例1相比較，不同的是鹼液為碳酸氫銨和氨水的混合溶液，其他物料用量和操作條件與實施例1相同。
[0022]比較實施例1:
與實施例1相比較，將直接300 0C焙燒4h獲得的氧化鉻粉末直接用於NO催化氧化反應測試，其他物料用量和操作條件與實施例1相同。
[0023]以上實施例1、實施例2、實施例3和比較實施例1的結果示於圖1，從圖1中可以看到，採用鹼液表面處理的氧化鉻催化劑，NO催化氧化最高轉化率達80%，且穩定性維持在500 min以上，本發明催化劑利用鹼液表面處理的方式，改變了氧化鉻催化劑的表面晶形結構，增加了活性位，提高了儲放NO性能，促進氧化鉻催化劑能夠在常溫催化氧化NO，不僅具有反應活性高的特點，而且長時間穩定性提高，為以後催化劑的放大生產，提供了非常好的實際應用前景 。
【權利要求】
1.一種鹼液表面處理的氧化鉻催化劑的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)氧化鉻粉末製備: 採用沉澱法或直接焙燒製備氧化鉻粉末，具體為: 沉澱法:稱取鉻前軀體10.0克溶解於100毫升去離子水中，在常溫攪拌，加入沉澱劑氨水，調節PH=8後，攪拌5-8小時，過濾，洗滌，60-150°C乾燥12小時，100-700°C煅燒2_6小時，獲得氧化鉻載體； 直接焙燒法:將鉻前軀體直接置於馬弗爐中於200-700°C焙燒2-6h獲得； (2)鹼液表面處理氧化鉻催化劑製備: 採用過量浸潰的方式，將氧化鉻粉末浸泡於鹼液中，浸泡1-12小時後，放入60-100°C烘箱乾燥12小時後，放入馬弗爐200-400°C焙燒2-6小時，獲得鹼液表面處理氧化鉻催化劑。
2.根據權利要求1所述一種鹼液表面處理的氧化鉻催化劑的製備方法，其特徵在於，所述鉻前軀體為鉻源，具體為硝酸鹽，或氯化物，所述鹼液為氨水，氫氧化鉀，氫氧化鈉，碳酸氫銨中的一種或其組合，所述鹼液PH=8-10。
3.一種鹼液表面處理的氧化鉻催化劑，其特徵在於，根據上述任一權利要求所述方法製備得到。
4.根據權利要求1，或2所述一種鹼液表面處理的氧化鉻催化劑應用於一氧化氮催化氧化反應，能在常溫常壓高效催化氧化一氧化氮，且能夠維持長時間穩定性。
【文檔編號】B01J23/26GK103506109SQ201310438078
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月24日 優先權日:2013年9月24日
【發明者】劉爽, 張岷濤, 趙昆峰, 董亞梅, 王婷, 何丹農 申請人:上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司