專利名稱：一種用于凈化氮氧化物的催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米催化應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種鋁土礦應(yīng)用于汽車尾氣和工業(yè)廢氣中氮氧化物的凈化。
背景技術(shù)：
氮氧化物是大氣環(huán)境的主要污染物之一，容易導(dǎo)致酸雨和光化學(xué)煙霧，對(duì)人體和植物造成損害，并且參與臭氧層的破壞。其來(lái)源主要包括活動(dòng)源(機(jī)動(dòng)車排放的尾氣)和固定源(發(fā)電廠、煤燃燒的廢氣)兩部分。目前氮氧化物凈化催化劑主要有三部分組成，即催化劑載體、活性涂層和催化活性組分。為了提高催化劑的性能，常在活性涂層和催化活性組分中加入少量的稀土氧化物和堿土金屬氧化物作為助劑。催化劑載體通常有球狀和蜂窩狀兩種。球狀載體的制備簡(jiǎn)單、成本較低、比表面積高，但機(jī)械性能不理想、氣流阻力大，實(shí)際應(yīng)用時(shí)有不少難以克服的困難。國(guó)內(nèi)對(duì)它的研究比較多，但國(guó)外的研究和實(shí)際應(yīng)用的很少。我國(guó)汽車尾氣的凈化主要使用達(dá)到了歐IV水平的三元催化劑，該催化劑采用陶瓷蜂窩狀材料或金屬作為基體，將高比表面、多孔狀的Al2O3以及CeO2-ZrO2組分涂層在堇青石載體上，活性組分為Pt-Pd-Rh， 但是該類型催化劑在富氧條件下對(duì)氮氧化物凈化效果不佳。在國(guó)外，1994年日本Toyota公司首先提出了氮氧化物的儲(chǔ)存-還原技術(shù)，簡(jiǎn)稱NSR。NSR法目前被認(rèn)為是氮氧化物凈化最有前景的技術(shù)，該法使用Pt/Ba/Al203作為催化劑，其在日本已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)。但日本市場(chǎng)上的燃料無(wú)硫，而國(guó)內(nèi)的一些燃料含硫量較高，因此發(fā)動(dòng)機(jī)在貧燃過(guò)程排放的尾氣中含有少量的SO2，其濃度隨著燃料中硫含量以及空燃比的變化而在4-150ppm的范圍內(nèi)變化，這容易導(dǎo)致催化劑中的堿金屬或堿土金屬與SO2結(jié)合而生成高溫下難分解的難熔物，如BaSO4, ￥04等，使催化劑中毒而失去活性，因此Pt/Ba/Al203催化劑在國(guó)內(nèi)實(shí)際應(yīng)用中受到限制。目前氮氧化物凈化研究的熱點(diǎn)和前沿是尋找新的催化劑載體或改變?cè)休d體以提高催化劑的熱穩(wěn)定性和抗SO2中毒能力上。氮氧化物凈化常用載體有Al2O3, CeO2-ZrO2等氧化物或復(fù)合氧化物，但它們對(duì)氮氧化物凈化的綜合效果并不是很理想。鋁土礦具有極好的氮氧化物凈化的品質(zhì)，它的氣孔發(fā)育、透氣性較好，含有的少量鉬以及鋁、鐵、鈦等成份有利于氮氧化凈化和抑制SO2中毒，并且成本很低。目前還沒(méi)有鋁土礦用于氮氧化物凈化的相關(guān)文獻(xiàn)和專利報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種催化活性高，抗SO2中毒能力強(qiáng)的氮氧化物凈化催化劑。本發(fā)明提供的氮氧化物凈化催化劑，其特征在于該催化劑包括鋁土礦載體和負(fù)載在鋁土礦載體上的Cu、Co、Ni、Mn等過(guò)渡金屬離子或少量的Pt、Rh、Pd等貴金屬中的一種或多種組分。所述的用于氮氧化物凈化的鋁土礦載體，具體成分包括Al2O3, Fe2O3, SiO2, TiO2, CaO和Pt，其含量見(jiàn)下表I :
表I等離子發(fā)射光譜和X-射線熒光光譜測(cè)試的鋁土礦成分
權(quán)利要求
1.一種用于氮氧化物凈化的催化劑，其特征是該催化劑包括鋁土礦載體和負(fù)載在該載體上的Cu、Co、Ni、Mn等過(guò)渡金屬離子或少量的Pt、Rh或Pd等貴金屬中的一種或多種組分，所述鋁土礦載體為經(jīng)過(guò)堿金屬或堿土金屬修飾后的改性鋁土礦。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于氮氧化物凈化的催化劑，其特征在于所述鋁土礦成分包括 A1203、Fe203、SiO2, TiO2, CaO 和 Pt。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于氮氧化物凈化的催化劑，其特征在于所述改性后鋁土礦比表面積為100_183m2/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于氮氧化物凈化的催化劑，其特征在于該催化劑采用Li、 Na、K、Rb堿金屬或Mg、Ca、Ba、Sr等堿土金屬中的一種或多種為助劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于氮氧化物凈化的催化劑，其特征在于所述的活性金屬 (Cu、Co、Mn、Pt、Rh、Pd)為貴金屬中的一種或多種活性組分，其重量為所述催化劑總重量的 1-10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于氮氧化物凈化的催化劑，其特征在于所述催化劑含有相對(duì)于催化劑總重量的10-30%的堿金屬和堿土金屬。
7.根據(jù)權(quán)利I所述的用于氮氧化物凈化的催化劑，其特征在于所述催化劑中不添加任何貴金屬或只添質(zhì)量百分含量為0-1 %的Pt、Pd貴金屬。
8.一種制備權(quán)利要求I的催化劑的方法，包括如下步驟(1)鋁土礦的熱處理；(2)將活性金屬負(fù)載在改性后鋁土礦載體上并烘干；(3)將堿金屬或堿土金屬負(fù)載在改性后鋁土礦載體上并烘干；(4)然后在300-600°C焙燒。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的催化劑的制備方法，其特征在于所述的鋁土礦的熱處理的溫度為 100-200°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的催化劑的制備方法，其特征在于所述的焙燒時(shí)間為3-5小時(shí)。
11.權(quán)利要求I的催化劑應(yīng)用于汽車尾氣凈化或火力發(fā)電廠廢氣中的氮氧化物的凈化。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于凈化氮氧化物的催化劑及其制備方法。該催化劑包括鋁土礦載體和負(fù)載在該載上的Cu、Co、Mn等過(guò)渡金屬離子或少量的Pt、Rh、Pd等貴金屬中的一種或多種活性組分，其活性組分的重量為催化劑總重量的1-10％。該催化劑采用Li、Na、K、Rb等堿金屬或Mg、Ca、Ba、Sr等堿土金屬中的一種或多種為助劑，其堿金屬和堿土金屬含有相對(duì)于催化劑總重量的10-30％。該催化劑凈化效果和壽命優(yōu)于傳統(tǒng)Pt/Ba/Al2O3催化劑，且操作方便，成本低，凈化效果好，具有明顯的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)B01J23/89GK102580764SQ20121002572
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月6日
發(fā)明者洪茂椿, 王瑞虎, 王秀云 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所