一種選擇性催化氧化氨氣的金屬負載型催化劑、製備方法及其應用的製作方法
2023-11-11 14:13:02 3
專利名稱：一種選擇性催化氧化氨氣的金屬負載型催化劑、製備方法及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及大氣汙染治理技術領域，涉及一種催化劑製備方法，特別涉及到一種 可消除氨氣汙染的負載型金屬催化劑、製備方法及其應用。
背景技術：
氨氣是一種重要汙染物，其來源非常廣泛。工業源有，液氨生產過程中的尾氣排 放、化肥生產過程的氨氣排放以及洩露、氨選擇性還原氮氧化物反應的氨洩露；農業中的化 肥分解以及畜牧業中動物代謝也是氨氣汙染的重要來源；同時建築業中混凝土外加劑、室 內裝飾材料以及家具等也會引起室內氨氣汙染。氨氣對人體和生態環境有很大的危害，它 可以麻痺人的呼吸道纖毛和損害黏膜上皮組織，使病原微生物易於侵入，減低人體對疾病 的抵抗力；吸入肺後，易與血紅蛋白結合，破壞血液的運氧功能。氨氣在大氣中，會促進酸雨 形成，其氧化產物NO、N2O, NO2等也是導致酸雨的重要汙染物；氨氣進入水體中會導致水體 富營養化。所以氨氣汙染的淨化技術已經引起了人們的廣泛關注。目前消除氨氣汙染的技術主要有吸附劑吸附、吸收、高溫焚燒、催化分解以及選 擇性催化氧化氨。吸附劑吸附、吸收方法吸附劑需定期更換，易造成二次汙染；高溫焚燒反 應溫度較高、生成氮氧化物造成二次汙染；催化分解方法反應溫度較高，能耗較大。目前氨 氣催化氧化技術研究中，已取得國家發明專利(專利號CN 101554587A)的低溫氨選擇性催 化氧化催化劑AgAl2O3，氨氣轉化為氮氣的選擇性較低(小於60% )。
發明內容
本發明利用催化氧化在一定條件下可將NH3轉化為無毒無害的氮氣和水的特性， 提供了可消除氨氣汙染的負載型金屬催化劑、製備方法及其應用。本發明的催化劑由多孔性無機氧化物載體和活性金屬組分兩部分組成。多孔性無 機氧化物載體可以是二氧化矽、三氧化二鋁、二氧化鈦、二氧化鈰、三氧化二鐵、二氧化鋯等 材料中的一種或一種以上氧化物的混合物。活性金屬組分為氧化銅、偏鋁酸銅、二氧化錳、 三氧化二錳中的一種或兩種氧化物的混合物。上述負載型金屬催化劑的製備過程分為兩步，即無機氧化物載體的製備，活性金 屬組分的負載。無機氧化物的製備是採用可溶性金屬鹽溶液在強鹼性條件下過氧化得到，如金屬 的硝酸鹽或者碳酸鹽類在強鹼性條件下過氧化得到。例如Al2O3的製備，是向一定濃度的 Al (NO3) 3溶液中滴加NaOH MpH= 10，老化1小時，過濾，乾燥12小時，煅燒6小時即得所 需Al2O3載體。活性組分負載採用等體積浸漬方法。活性組分前驅體為銅、錳可溶性化合物中的 一種，或者銅和錳兩種可溶性化合物組成的混合物，活性物種為氧化銅、偏鋁酸銅、二氧化 錳、三氧化二錳其中的一種或一種以上的混合物，負載量為2-10wt%。
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具體步驟如下(1)將活性組分前驅體溶於水中製成水溶液，並將無機氧化物載體等體積浸漬其 中。(2)將上述⑴得到的樣品在常溫下攪拌乾燥5_12h。(3)將上述⑵得到的樣品於80_150°C下，保持12_24h。(4)將上述(3)得到的樣品於400-800°C下，保持2_4h。本發明選用的負載型金屬催化劑，其結構、性能穩定，可處理來自工業、農業、養殖 業等產生的氨氣。該催化劑應用條件是將催化劑溫度保持在250-350°C，待處理混合氣流 中氨氣濃度為500-5000ppm，氧氣濃度為2-20%。本發明製備過程簡單，操作方便。同現有的氨氧化催化劑相比，本發明具有如下優佔.
^ \\\ ·本發明的催化劑製備原料低廉易得，製備方法簡單。本發明的催化劑可降解氨氣濃度範圍較廣，從500-5000ppm。本發明使用條件簡單，溫度維持在250-350°C即可。本發明使用條件簡單，氧氣濃度貧氧富氧均可，濃度為2-20%。本發明的催化劑氨氣的轉化率高，氨氣選擇性好，反應產物無害，無二次汙染。
圖1是Cu/A1203的反應活性圖。圖2為MrVAl2O3的反應活性圖。圖中_ ■ -NH3轉化率；-□ -N2選擇性
具體實施例方式為了更清楚地說明本發明，列舉一下實施例，但其對本發明的範圍無任何限制。實施例1在100克γ -三氧化二鋁粉末載體(比表面積152. 7平方米/克)，在不斷攪拌中 緩慢倒入180毫升溶解有38. 02克硝酸銅的水溶液中。攪拌10小時，之後在100°C下乾燥 12小時。烘乾後的催化劑在空氣氣氛下，以10°C每分鐘的升溫速度，從室溫升溫至600°C， 在600°C下焙燒3小時。製備得到的化學組分為10% CuAl2O3的催化劑。實施例2按照實施例1的本發明製備方法，用180毫升溶解有21. 1毫升50%硝酸錳的水溶 液代替硝酸銅水溶液，製備得到的化學組分為10% MnAl2O3的催化劑。實施例3稱取0. 2克實施例1的催化劑放置於U型固定床反應器中反應。反應氣體為模擬工業氨氣汙染廢氣。氣體組成氧氣10%，氨lOOOppm，氦氣為平 衡氣體。反應空速(GHSV)為δΟ,ΟΟΟΙΓ1。反應溫度區間為150°C到350°C。反應結果表明在300°C時氨的轉化率超過98%，在350°C時，氨的轉化率達到 100%。催化活性見圖1。實施例4
按照實施例3中的實驗方法，稱取0. 2克實施例2的催化劑代替實施例3中催化 劑。催化反應的結果表明在250°C時氨的轉化率超過94%，在300°C時，氨的轉化率 達到100%。催化活性見圖2。
權利要求
一種選擇性催化氧化氨氣的金屬負載型催化劑，其特徵在於，本發明的催化劑由多孔性無機氧化物載體和活性金屬組分兩部分組成；多孔性無機氧化物載體是二氧化矽、三氧化二鋁、二氧化鈦、二氧化鈰、三氧化二鐵、二氧化鋯中的一種或一種以上氧化物的混合物；活性金屬組分為氧化銅、偏鋁酸銅、二氧化錳、三氧化二錳中的一種或兩種氧化物的混合物。
2.權利要求1所述金屬負載型催化劑的製備方法，其特徵在於，製備過程分為兩步，即無機氧化物載體的製備，活性金屬組分的負載；無機氧化物的製備是採用可溶性金屬鹽溶液在強鹼性條件下過氧化得到；活性組分負載採用等體積浸漬方法；活性組分前驅體為銅、錳可溶性化合物中的一種， 或者銅和錳兩種可溶性化合物組成的混合物，活性物種為氧化銅、偏鋁酸銅、二氧化錳、三 氧化二錳其中的一種或一種以上的混合物，負載量為2_10wt% ；具體步驟如下(1)將活性組分前驅體溶於水中製成水溶液，並將無機氧化物載體等體積浸漬其中；(2)將上述⑴得到的樣品在常溫下攪拌乾燥5-12h；(3)將上述(2)得到的樣品於80-150°C下，保持12-24h；(4)將上述(3)得到的樣品於400-800°C下，保持2-4h；
3.權利要求1所述金屬負載型催化劑的應用，其特徵在於，將催化劑溫度保持在250-350°C，待處理混合氣流中氨氣濃度為500-5000ppm，氧氣濃 度為2-20% ο
全文摘要
本發明提供一種去除氨氣汙染的催化劑，製備方法及其應用，本發明屬於大氣汙染控制技術領域。該催化劑是通過等體積浸漬方法，將活性金屬組分負載於多孔性無機物載體上。該催化劑的多孔性無機物載體是二氧化矽、三氧化二鋁、二氧化鈦、二氧化鈰、三氧化二鐵其中的一種或一種以上氧化物的混合物；活性組分為銅組分、錳組分中的一種或兩種組分的混合物；活性金屬負載量按金屬元素重量換算值計，為2-20％。該催化劑特徵還在於可有效去除氨氣汙染，在250-350℃，氨氣轉化率可達98％以上，氮氣選擇性將近90％。催化氧化反應後的產物為無害的氮氣和水，無害，無二次汙染，可廣泛用於處理工業、農業、養殖業、建築等過程中產生的氨氣。
文檔編號B01J23/34GK101979140SQ20101051196
公開日2011年2月23日 申請日期2010年10月19日 優先權日2010年10月19日
發明者曲振平, 李新勇, 梁春霞, 王 忠 申請人:大連理工大學