專利名稱：一種選擇性催化氧化氨氣的金屬負(fù)載型催化劑、制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大氣污染治理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種催化劑制備方法，特別涉及到一種 可消除氨氣污染的負(fù)載型金屬催化劑、制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
氨氣是一種重要污染物，其來源非常廣泛。工業(yè)源有，液氨生產(chǎn)過程中的尾氣排 放、化肥生產(chǎn)過程的氨氣排放以及泄露、氨選擇性還原氮氧化物反應(yīng)的氨泄露；農(nóng)業(yè)中的化 肥分解以及畜牧業(yè)中動(dòng)物代謝也是氨氣污染的重要來源；同時(shí)建筑業(yè)中混凝土外加劑、室 內(nèi)裝飾材料以及家具等也會(huì)引起室內(nèi)氨氣污染。氨氣對(duì)人體和生態(tài)環(huán)境有很大的危害，它 可以麻痹人的呼吸道纖毛和損害黏膜上皮組織，使病原微生物易于侵入，減低人體對(duì)疾病 的抵抗力；吸入肺后，易與血紅蛋白結(jié)合，破壞血液的運(yùn)氧功能。氨氣在大氣中，會(huì)促進(jìn)酸雨 形成，其氧化產(chǎn)物NO、N2O, NO2等也是導(dǎo)致酸雨的重要污染物；氨氣進(jìn)入水體中會(huì)導(dǎo)致水體 富營(yíng)養(yǎng)化。所以氨氣污染的凈化技術(shù)已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注。目前消除氨氣污染的技術(shù)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，易造成二次污染；高溫焚燒反 應(yīng)溫度較高、生成氮氧化物造成二次污染；催化分解方法反應(yīng)溫度較高，能耗較大。目前氨 氣催化氧化技術(shù)研究中，已取得國(guó)家發(fā)明專利(專利號(hào)CN 101554587A)的低溫氨選擇性催 化氧化催化劑AgAl2O3，氨氣轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾倪x擇性較低(小于60% )。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明利用催化氧化在一定條件下可將NH3轉(zhuǎn)化為無毒無害的氮?dú)夂退奶匦裕?提供了可消除氨氣污染的負(fù)載型金屬催化劑、制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明的催化劑由多孔性無機(jī)氧化物載體和活性金屬組分兩部分組成。多孔性無 機(jī)氧化物載體可以是二氧化硅、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(fù)載型金屬催化劑的制備過程分為兩步，即無機(jī)氧化物載體的制備，活性金 屬組分的負(fù)載。無機(jī)氧化物的制備是采用可溶性金屬鹽溶液在強(qiáng)堿性條件下過氧化得到，如金屬 的硝酸鹽或者碳酸鹽類在強(qiáng)堿性條件下過氧化得到。例如Al2O3的制備，是向一定濃度的 Al (NO3) 3溶液中滴加NaOH MpH= 10，老化1小時(shí)，過濾，干燥12小時(shí)，煅燒6小時(shí)即得所 需Al2O3載體?；钚越M分負(fù)載采用等體積浸漬方法?；钚越M分前驅(qū)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(fù)載量為2-10wt%。
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具體步驟如下(1)將活性組分前驅(qū)體溶于水中制成水溶液，并將無機(jī)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干燥5_12h。(3)將上述⑵得到的樣品于80_150°C下，保持12_24h。(4)將上述(3)得到的樣品于400-800°C下，保持2_4h。本發(fā)明選用的負(fù)載型金屬催化劑，其結(jié)構(gòu)、性能穩(wěn)定，可處理來自工業(yè)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖 業(yè)等產(chǎn)生的氨氣。該催化劑應(yīng)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(fā)明制備過程簡(jiǎn)單，操作方便。同現(xiàn)有的氨氧化催化劑相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)占.
^ \\\ ·本發(fā)明的催化劑制備原料低廉易得，制備方法簡(jiǎn)單。本發(fā)明的催化劑可降解氨氣濃度范圍較廣，從500-5000ppm。本發(fā)明使用條件簡(jiǎn)單，溫度維持在250-350°C即可。本發(fā)明使用條件簡(jiǎn)單，氧氣濃度貧氧富氧均可，濃度為2-20%。本發(fā)明的催化劑氨氣的轉(zhuǎn)化率高，氨氣選擇性好，反應(yīng)產(chǎn)物無害，無二次污染。


圖1是Cu/A1203的反應(yīng)活性圖。圖2為MrVAl2O3的反應(yīng)活性圖。圖中_ ■ -NH3轉(zhuǎn)化率；-□ -N2選擇性
具體實(shí)施例方式為了更清楚地說明本發(fā)明，列舉一下實(shí)施例，但其對(duì)本發(fā)明的范圍無任何限制。實(shí)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(shí)，之后在100°C下干燥 12小時(shí)。烘干后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(shí)。制備得到的化學(xué)組分為10% CuAl2O3的催化劑。實(shí)施例2按照實(shí)施例1的本發(fā)明制備方法，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，制備得到的化學(xué)組分為10% MnAl2O3的催化劑。實(shí)施例3稱取0. 2克實(shí)施例1的催化劑放置于U型固定床反應(yīng)器中反應(yīng)。反應(yīng)氣體為模擬工業(yè)氨氣污染廢氣。氣體組成氧氣10%，氨lOOOppm，氦氣為平 衡氣體。反應(yīng)空速(GHSV)為δΟ,ΟΟΟΙΓ1。反應(yīng)溫度區(qū)間為150°C到350°C。反應(yīng)結(jié)果表明在300°C時(shí)氨的轉(zhuǎn)化率超過98%，在350°C時(shí)，氨的轉(zhuǎn)化率達(dá)到 100%。催化活性見圖1。實(shí)施例4
按照實(shí)施例3中的實(shí)驗(yàn)方法，稱取0. 2克實(shí)施例2的催化劑代替實(shí)施例3中催化 劑。催化反應(yīng)的結(jié)果表明在250°C時(shí)氨的轉(zhuǎn)化率超過94%，在300°C時(shí)，氨的轉(zhuǎn)化率 達(dá)到100%。催化活性見圖2。
權(quán)利要求
一種選擇性催化氧化氨氣的金屬負(fù)載型催化劑，其特征在于，本發(fā)明的催化劑由多孔性無機(jī)氧化物載體和活性金屬組分兩部分組成；多孔性無機(jī)氧化物載體是二氧化硅、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(quán)利要求1所述金屬負(fù)載型催化劑的制備方法，其特征在于，制備過程分為兩步，即無機(jī)氧化物載體的制備，活性金屬組分的負(fù)載；無機(jī)氧化物的制備是采用可溶性金屬鹽溶液在強(qiáng)堿性條件下過氧化得到；活性組分負(fù)載采用等體積浸漬方法；活性組分前驅(qū)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(fù)載量為2_10wt% ；具體步驟如下(1)將活性組分前驅(qū)體溶于水中制成水溶液，并將無機(jī)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干燥5-12h；(3)將上述(2)得到的樣品于80-150°C下，保持12-24h；(4)將上述(3)得到的樣品于400-800°C下，保持2-4h；
3.權(quán)利要求1所述金屬負(fù)載型催化劑的應(yīng)用，其特征在于，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(fā)明提供一種去除氨氣污染的催化劑，制備方法及其應(yīng)用，本發(fā)明屬于大氣污染控制技術(shù)領(lǐng)域。該催化劑是通過等體積浸漬方法，將活性金屬組分負(fù)載于多孔性無機(jī)物載體上。該催化劑的多孔性無機(jī)物載體是二氧化硅、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(fù)載量按金屬元素重量換算值計(jì)，為2-20％。該催化劑特征還在于可有效去除氨氣污染，在250-350℃，氨氣轉(zhuǎn)化率可達(dá)98％以上，氮?dú)膺x擇性將近90％。催化氧化反應(yīng)后的產(chǎn)物為無害的氮?dú)夂退?，無害，無二次污染，可廣泛用于處理工業(yè)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、建筑等過程中產(chǎn)生的氨氣。
文檔編號(hào)B01J23/34GK101979140SQ20101051196
公開日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者曲振平, 李新勇, 梁春霞, 王 忠 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)