一種微波催化劑及其應用方法
2023-12-08 07:43:36
專利名稱：一種微波催化劑及其應用方法
技術領域：
本發明涉及一種微波催化劑及其應用方法。
背景技術：
隨著我國經濟的發展，能源消耗量，特別是化石能源的消耗量大幅度增加。與此相應，大氣的汙染程度也日益加劇，以煤為主的能源結構是影響我國大氣環境質量的主要因素。目前，我國95%以上的火電廠是以燃煤為主，短期內難以改變。燃煤過程中排放的二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物和粉塵分別佔我國排放量的87 %，71 %，67 %和60%。在我國，粉塵已經得到了很好的控制和治理；煙氣脫硫技術也已日趨成熟，煙氣脫硫項目已經在有序地進行；唯有氮氧化物的汙染尚未得到有效控制。「十二五」是我國經濟發展的重要時期，也是氮氧化物控制的關鍵時期，如何採取高效的脫硝措施，消除氮氧化物的汙染已成為環境保護中的重要課題。目前工業上應用的技術是以氨為還原劑的選擇性催化還原技術為 NH3-SCR法，NH3-SCR法是現有氮氧化物處理技術中最成熟的方法之一，該方法可在較低的溫度下使氮氧化物脫除率達到80 90%，其不足之處還原劑消耗量大，催化劑易中毒，管路設備要求高和脫硝效率不高。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種轉化率高、節能環保、成本低的微波催化劑及其應用方法。本發明催化劑的目的通過下述技術方案予以實現所述微波催化劑為單一的金屬氧化物、或者為金屬氧化物加入金屬和/或金屬氧化物，採用沉澱或共沉澱方法製備成能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應的、具有多孔的固體催化劑；所述單一的金屬氧化物為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵的氧化物；所述金屬為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵。所述金屬和金屬氧化物的混合物的混合質量比1_35%。本發明催化劑的目的還可以通過下述技術方案予以實現所述微波催化劑以鐵酸鹽尖晶石類或鐵酸鹽尖晶石類負載金屬或金屬氧化物，所述鐵酸鹽尖晶石類採用共沉澱方法製備；所述催化劑為夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑；所述單一的金屬氧化物為銅、錳、鉻、鈰、鈦、釩、鎂、鋅的氧化物；所述金屬為銅、錳、鉻、鈰、鈦、釩、鎂、鋅。本發明催化劑的目的還可以通過下述技術方案予以實現所述分子篩與金屬或者金屬氧化物組成的能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑；分子篩上含有金屬量的質量比為5% _60%。所述分子篩為ZSM類分子篩、Y分子篩、β分子篩。本發明催化劑的目的還可以通過下述技術方案予以實現所述活性炭上負載金屬或金屬氧化物，組成能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑；所述金屬氧化物為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵的氧化物；所述金屬為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵。所述活性炭上負載金屬的負載量的質量比為_15%，所述活性炭上負載的金屬氧化物的負載量的質量比為5% -25%。本發明方法的目的還可以通過下述技術方案予以實現包括使用微波裝置，在微波裝置的微波反應管填充催化劑；所述催化劑為權利要求1-7任選一項的微波催化劑，填充在微波裝置的微波反應管中組成微波催化反應床層，當被處理氣體通過微波催化反應床層時，反應溫度150°C -600°C，反應的停留時間0. 2秒-5秒，被處理氣體與微波催化劑發生氣_固反應，微波催化劑將被處理氣體中的氮氧化合物脫除。所述微波催化劑加入氧化銅，氧化銅的添加量為微波催化劑重量的10% 70% ；所述微波催化劑加入活性炭，活性炭的添加量為微波催化劑重量的5% 50%。與現有技術相比，本發明具有以下優點轉化率高、節能環保、運行成本低。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步說明催化劑的技術方案1 所述微波催化劑為單一的金屬氧化物、或者為金屬氧化物加入金屬和/或金屬氧化物，採用沉澱或共沉澱方法製備成能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應的、具有多孔的固體催化劑；所述單一的金屬氧化物為銅、錳、 鈰、鈦、釩、鎂、鐵的氧化物；所述金屬為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵。所述金屬和金屬氧化物的混合物的混合質量比1_35%。催化劑的技術方案2 所述微波催化劑以鐵酸鹽尖晶石類或鐵酸鹽尖晶石類負載金屬或金屬氧化物，所述鐵酸鹽尖晶石類採用共沉澱方法製備；所述催化劑為夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑； 所述單一的金屬氧化物為銅、錳、鉻、鈰、鈦、釩、鎂、鋅的氧化物；所述金屬為銅、錳、鉻、鈰、 鈦、釩、鎂、鋅。催化劑的技術方案3 所述分子篩與金屬或者金屬氧化物組成的能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑； 分子篩上含有金屬量的質量比為5% -60%。所述分子篩為ZSM類分子篩、Y分子篩、β分子篩。催化劑的技術方案4 所述活性炭上負載金屬或金屬氧化物，組成能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑； 所述金屬氧化物為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵的氧化物；所述金屬為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵。所述活性炭上負載金屬的負載量的質量比為_15%，所述活性炭上負載的金屬氧化物的負載量的質量比為5% -25%。應用方法的技術方案包括使用微波裝置，在微波裝置的微波反應管填充催化劑； 所述催化劑為權利要求1-7任選一項的微波催化劑，填充在微波裝置的微波反應管中組成微波催化反應床層，當被處理 氣體通過微波催化反應床層時，反應溫度150°C -600°C，反應的停留時間0. 2秒-5秒，被處理氣體與微波催化劑發生氣_固反應，微波催化劑將被處理氣體中的氮氧化合物脫除。所述微波催化劑加入氧化銅，氧化銅的添加量為微波催化劑重量的10% 70% ；
所述微波催化劑加入活性炭，活性炭的添加量為微波催化劑重量的5% 50%。本發明的方法包括使廢氣通過微波場中的催化劑床層進行處理的過程；所述反應裝置為專利申請號為201010517324.4，申請日期為2010. 10. 25，申請人為湘潭大學，公開號為CN 102133516 A的《新型微波催化反應器裝置系統》；所述催化劑床層為微波催化劑床層，利用微波場和微波催化劑的共同作用進行微波催化轉化NO脫除氮氧化物。
實施例來自實驗室。AC代表活性炭。實施例1使用銅分子篩催化劑Cu-ZSM-5，把催化劑裝填在石英玻璃反應管內，石英玻璃反應管在微波場和微波作用下可進行氣固催化反應。煙氣/廢氣通過此石英玻璃反應管裝填有Cu-ZSM-5銅分子篩催化劑床層，微波催化可直接分解NO為N2和O2達到脫硝的目的。在實驗室內，所述廢氣為大連大特氣體有限公司提供的為N2和NO組成的混合氣， 其中NO濃度為1 OOOppm。氣體分析儀為美國製造的42C NO-NO2-NOx Analyzer。微波場的功率O-IOOOw連續可調，頻率為2400-2500MHz。石英管反應器為 WG1/2. 45-Φ5. 4X54。本實驗所用的石英管長535mm，內徑10mm。催化劑的填裝量為4g，Cu的質量分數為5 %。進氣NO濃度為lOOOppm，流量控制在 160ml/min，氧含量為5. 88%，反應壓力為常壓。對微波功率自動擋控制，反應溫度250°C， NO含量為lOOOppm，轉化率可達72. 8% ；催化劑的填裝量為5g的Cu0-Cu-ZSM-5，Cu-ZSM-5中Cu的質量分數為5 %， CuO-Cu-ZSM-5中CuO的質量分數為40 %。對微波功率自動擋控制，使催化劑床層溫度分別在180°C、300°C、38(rC，反應壓力為常壓。NO含量為lOOOppm，轉化率分別為87. 60 %、 97. 95%,98. 93%。處理後煙氣/廢氣可以達到國家排放標準。催化劑的填裝量為5g的Cu0-Cu-ZSM-5，Cu-ZSM-5中Cu的質量分數為5 %，加入3 克Cu-ZSM-5催化劑，加入2克CuO混合。參見表1。表1反應床層溫度對NO轉化率的影響
催化劑反應床層溫度°CNO轉化率(％)
3gCu-ZSM-5+2gCu018087.60
30097.95
38098.93
45088.99實施例2使用金屬錳等負載在活性炭上的催化劑Mn/AC，把催化劑裝填在石英玻璃反應管內，石英玻璃反應管在微波場和微波能作用下可進行氣_固催化反應。煙氣/廢氣通過此石英玻璃反應管裝填有催化劑Mn/AC的微波催化劑床層，進行微波催化還原反應使NO催化還原為N2,達到脫除NOx的目的。Mn/AC催化劑微波催化還原NO結果參見表2。
權利要求
1.一種微波催化劑，其特徵在於所述微波催化劑為單一的金屬氧化物、或者為金屬氧化物加入金屬和/或金屬氧化物，採用沉澱或共沉澱方法製備成能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應的、具有多孔的固體催化劑；所述單一的金屬氧化物為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵的氧化物；所述金屬為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵。
2.根據權利要求1所述的微波催化劑，其特徵在於所述金屬和金屬氧化物的混合物的混合質量比1_35%。
3.一種微波催化劑，其特徵在於所述微波催化劑以鐵酸鹽尖晶石類或鐵酸鹽尖晶石類負載金屬或金屬氧化物，所述鐵酸鹽尖晶石類採用共沉澱方法製備；所述催化劑為夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑；所述單一的金屬氧化物為銅、錳、鉻、鈰、鈦、釩、鎂、鋅的氧化物；所述金屬為銅、 錳、鉻、鈰、鈦、釩、鎂、鋅。
4.一種微波催化劑，包括分子篩，其特徵在於所述分子篩與金屬或者金屬氧化物組成的能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑；分子篩上含有金屬量的質量比為5% -60%。
5.根據權利要求4所述的微波催化劑，其特徵在於所述分子篩為ZSM類分子篩、Y分子篩、β分子篩。
6.一種微波催化劑，包括活性炭，其特徵在於所述活性炭上負載金屬或金屬氧化物， 組成能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑；所述金屬氧化物為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵的氧化物；所述金屬為銅、 猛、鋪、鈦、 凡、鎂、鐵。
7.根據權利要求6所述的微波催化劑，其特徵在於所述活性炭上負載金屬的負載量的質量比為_15%，所述活性炭上負載的金屬氧化物的負載量的質量比為5% -25%。
8.一種使用權利要求1-7任選一項的微波催化劑用於脫硝的方法，包括使用微波裝置，在微波裝置的微波反應管填充催化劑；其特徵在於所述催化劑為權利要求1-7任選一項的微波催化劑，填充在微波裝置的微波反應管中組成微波催化反應床層，當被處理氣體通過微波催化反應床層時，反應溫度150°C -600°C，反應的停留時間0. 2秒-5秒，被處理氣體與微波催化劑發生氣_固反應，微波催化劑將被處理氣體中的氮氧化合物脫除。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於所述微波催化劑加入氧化銅，氧化銅的添加量為微波催化劑重量的10% 70% ；
10.根據權利要求8或9所述的方法，其特徵在於所述微波催化劑加入活性炭，活性炭的添加量為微波催化劑重量的5% 50%。
全文摘要
一種微波催化劑及其應用方法，所述微波催化劑為單一的金屬氧化物、或者為金屬氧化物加入金屬和/或金屬氧化物，採用沉澱或共沉澱方法製備；或者以鐵酸鹽尖晶石類或鐵酸鹽尖晶石類負載金屬或金屬氧化物製備，或者在活性炭上負載金屬或金屬氧化物製備；其應用於脫硝的方法將上述催化劑填充在微波裝置的微波反應管中組成微波催化反應床層，當被處理氣體通過微波催化反應床層時，與微波催化劑發生氣-固反應脫除氮氧化合物。所述微波催化劑加入氧化銅，氧化銅的添加量為微波催化劑重量的10％～70％；所述微波催化劑加入活性炭，活性炭的添加量為微波催化劑重量的5％～50％。本發明具有以下優點轉化率高、節能環保、運行成本低。
文檔編號B01J19/12GK102407113SQ201110451118
公開日2012年4月11日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者周繼承, 王哲, 蔣尊芳, 高令飛 申請人:湘潭大學