專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電輔助催化還原no脫除氮氧化物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大氣污染凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種在低溫條件下利用電輔助催化還原NO脫除氮氧化物的方法。
背景技術(shù)：
氮氧化物是主要的大氣污染物之一，是誘發(fā)光化學(xué)煙霧和酸雨的重要前驅(qū)體。我國(guó)NOx主要來(lái)源于工業(yè)燃燒過(guò)程和機(jī)動(dòng)車(chē)排放。由于我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，且大部分屬于直接燃燒，燃燒產(chǎn)生的NOx是一種重要的污染氣體，NO占燃燒煙氣中NOx總量的90% 95%?，F(xiàn)在全球的NO排放量已達(dá)60Mt/a。目前多采用氨選擇性催化還原法對(duì)固定源廢氣中的氮氧化物進(jìn)行凈化處理，氨選 擇性催化還原法雖然較成功的用于脫除固定源(如火電廠)排放的氮氧化物，但氨用量需要精確計(jì)量控制，且溫度須在3000C左右，運(yùn)行成本高。中國(guó)專(zhuān)利CN1803257A中公開(kāi)了一種以氨基物質(zhì)為還原劑用于燃燒電站脫除氮氧化物的方法，該法是在燃燒鍋爐爐膛上部噴入氨基物質(zhì)與氮氧化物部分反應(yīng)脫除煙氣中35% 40%的氮氧化物，未反應(yīng)完全的氨基物質(zhì)隨煙氣進(jìn)入反應(yīng)器，在催化劑表面，氨基物質(zhì)再次與氮氧化物反應(yīng)，氮氧化物還原率可達(dá)90%以上，但該法反應(yīng)溫度較高，引入氨基還原劑，存在泄漏和設(shè)備腐蝕的問(wèn)題。目前多采用電化學(xué)催化分解/還原氮氧化物的方法對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)排放中的NO進(jìn)行凈化處理，此種反應(yīng)器制作需要在固體電解質(zhì)上電鍍貴金屬或貴金屬氧化物，制作成本較高，且運(yùn)行溫度須在350°C以上，高于機(jī)動(dòng)車(chē)排放溫度，故須進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電輔助催化還原NO脫除氮氧化物的方法，利用外加直流電壓提高氨選擇性催化還原NO的催化效率，并提供能實(shí)現(xiàn)此理念的反應(yīng)器及與反應(yīng)器匹配使用的催化劑。本發(fā)明提出了干法電輔助催化凈化NO的技術(shù)，借助外加電流在催化劑表面富集大量負(fù)電荷或加快電子的運(yùn)動(dòng)，從而加快催化劑表面NO的還原反應(yīng)，使得選擇性催化還原NO反應(yīng)可在較低的溫度條件下順利進(jìn)行，提高NO轉(zhuǎn)化效率，達(dá)到低溫選擇性催化還原活性的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案如下將含NO (O. 03% O. 05%),NH3 (O. 04% O. 06%),O2 (3 10%)的混合氣體(待處理氣體，N2為載氣)通過(guò)玻璃管式固定床反應(yīng)器，空速控制在10000 400001Γ1之間，將混合氣體通過(guò)填充有催化劑的反應(yīng)器，并同時(shí)施加直流電壓，使混合氣中的NO在50 150°C條件下定量的轉(zhuǎn)化為N2。本發(fā)明中所述反應(yīng)器為玻璃管式固定床反應(yīng)器，在其內(nèi)的兩直徑為14 16_的不銹鋼圓片電極板之間(間距Icm)填充活性碳為載體的催化劑，分別用鐵線作為導(dǎo)線給兩極板施加正負(fù)電壓。本發(fā)明中所述直流電壓的輸入電壓為O. 5 15V。
本發(fā)明中所述混合氣體中含有體積百分比O. 03 O. 05%的NO、體積百分比
O.04 O. 06%的NH3、體積百分比3 10%的O2。本發(fā)明中使用的催化劑為以活性炭為載體的催化劑，其采用采用常規(guī)方法制備，例如可以采用如下方法制備
(1)將椰殼活性碳?jí)浩?、過(guò)篩粉碎制成40 60目的顆粒，在硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)中60 80°C處理lh，將酸處理后的活性碳用去離子水水洗至PH值為5 7，于90 110°C下干燥5 12h備用；
(2)將經(jīng)(I)處理過(guò)的活性碳分別采用過(guò)量溶液浸潰法(固液體積比2:1)浸潰質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% 20%的硝酸銅或硝酸鎳溶液，靜置2h后，于90 110°C下干燥12h ；
(3)將經(jīng)(2)處理過(guò)的活性碳于300°CN2氣氛下管式爐里煅燒2h 4h，得到不同負(fù)載物的活性碳催化劑。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其工藝簡(jiǎn)潔，整個(gè)裝置運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)低廉，NO的轉(zhuǎn)化效率高，在50°C 150°C范圍下加直流電壓可使NO轉(zhuǎn)化效率提高10% 40%，從而進(jìn)一步降低了反應(yīng)溫度，具有低能耗、無(wú)二次污染等特點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明的電輔助催化還原NO脫除氮氧化物的流程示意 圖中1是混合te，2是反應(yīng)器，V1-4是電磁閥，I 1-4是質(zhì)量流量計(jì)。圖2為本發(fā)明的電輔助催化還原NO玻璃管式固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意 圖中1是進(jìn)氣口，2是出氣口，3是圓片電極I，4是圓片電極11，5是導(dǎo)線，6是催化劑。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明保護(hù)范圍不局限于所述內(nèi)容。實(shí)施例I :電輔助催化還原NO脫除氮氧化物的方法，具體內(nèi)容如下
I、催化劑的制備
(O將椰殼活性碳?jí)浩⑦^(guò)篩粉碎制成4(Γ60目的顆粒，在硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)中60°C處理lh，將酸處理后的活性碳用去離子水水洗至PH值為6，于110°C下干燥5h備用；
(2)將經(jīng)(I)處理過(guò)的活性碳分別采用過(guò)量溶液浸潰法(固液體積比2:1)浸潰質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的硝酸銅溶液，靜置2h后，于110°C下干燥12h ；
(3)將經(jīng)(2)處理過(guò)的活性碳于300°CN2氣氛下管式爐里煅燒4h，得到催化劑CuO/AC。2、在直徑為16mm的玻璃管里橫插兩個(gè)分別用鐵線5連接的直徑為16mm的不銹鋼圓片3和4(間距1cm)，在兩不銹鋼片之間填充使用浸潰法制作的CuO/AC催化劑6，兩電極板分別接入正、負(fù)O. 5V直流電壓，將含有體積百分比O. 05%的NO，體積百分比O. 06%的NH3分別通過(guò)電磁閥和質(zhì)量流量計(jì)，經(jīng)過(guò)混合后進(jìn)入電輔助催化還原NO玻璃管式固定床反應(yīng)器2內(nèi)，同時(shí)將體積百分比3%的O2通入反應(yīng)器2。以N2為載氣；空速為ΙδΟΟΟΙΓ1，在75°C下催化還原NO，氣體總流速500cm3/min，NO的去除率在75°C達(dá)到57%，相較于不加電時(shí)NO轉(zhuǎn)化效率提高了 7%。實(shí)施例2 電輔助催化還原NO脫除氮氧化物的方法，具體內(nèi)容如下I、 隹化劑制備
(O將椰殼活性碳?jí)浩?、過(guò)篩粉碎制成4(Γ60目的顆粒，在硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)中70°C處理lh，將酸處理后的活性碳用去離子水水洗至PH值為7，于90°C下干燥12h備用。(2)將經(jīng)(I)處理過(guò)的活性碳分別采用過(guò)量溶液浸潰法(固液體積比2:1)浸潰質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的硝酸銅溶液，靜置2h后，于90°C下干燥12h。(3)將經(jīng)(2)處理過(guò)的活性碳于300°C N2氣氛下管式爐里煅燒3h，得到CuO/AC催化劑。 2、在直徑為15mm的玻璃管里橫插兩個(gè)分別用鐵線連接的直徑為15mm的不銹鋼圓片(間距1cm)，在兩不銹鋼片之間填充使用浸潰法制作的CuO/AC，兩電極板分別接入正、負(fù)5V直流電壓，將含有體積百分比O. 05%的NO，體積百分比O. 06%的NH3,體積百分比3%的O2的混合氣體接入反應(yīng)器，反應(yīng)器反應(yīng)溫度為75°C，以N2為載氣；空速為ΙδΟΟΟΙΓ1，氣體總流速500cm3/min，NO的去除率在75°C達(dá)到92%，相較于不加電時(shí)NO轉(zhuǎn)化效率提高了 42%。
實(shí)施例3 電輔助催化還原NO脫除氮氧化物的方法，具體內(nèi)容如下
I、 隹化劑制備
(O將椰殼活性碳?jí)浩?、過(guò)篩粉碎制成4(Γ60目的顆粒，在硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)中60°C處理lh，將酸處理后的活性碳用去離子水水洗至PH值為6，于110°C下干燥5h備用。(2)將經(jīng)(I)處理過(guò)的活性碳分別采用過(guò)量溶液浸潰法(固液體積比2:1)浸潰質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的硝酸鎳溶液，靜置2h后，于110°C下干燥12h。(3)將經(jīng)(2)處理過(guò)的活性碳于300°C N2氣氛下管式爐里煅燒4h，得到Ni0/AC催化劑。2、在直徑為16mm的玻璃管里橫插兩個(gè)分別用鐵線連接的直徑為16mm的不銹鋼圓片(間距1cm)，在兩不銹鋼片之間填充使用浸潰法制作的Ni0/AC，兩電極板分別接入正、負(fù)5V直流電壓，將含有體積百分比0. 05%的NO，體積百分比0. 06%的NH3,體積百分比3%的O2的混合氣體接入反應(yīng)器，反應(yīng)器反應(yīng)溫度為75°C，以N2為載氣；空速為ΙδΟΟΟΙΓ1，氣體總流速500cm3/min，NO的去除率在75°C達(dá)到51%，相較于不加電時(shí)NO轉(zhuǎn)化效率提高了 30%。
實(shí)施例4 電輔助催化還原NO脫除氮氧化物的方法，具體內(nèi)容如下
I、 隹化劑制備
(O將椰殼活性碳?jí)浩?、過(guò)篩粉碎制成4(Γ60目的顆粒，在硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)中70°C處理lh，將酸處理后的活性碳用去離子水水洗至PH值為7，于90°C下干燥12h備用。(2)將經(jīng)(I)處理過(guò)的活性碳分別采用過(guò)量溶液浸潰法(固液體積比2:1)浸潰質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的硝酸銅溶液，靜置2h后，于90°C下干燥12h。(3)將經(jīng)(2)處理過(guò)的活性碳于300°C N2氣氛下管式爐里煅燒3h，得到CuO/AC催化劑。2、在直徑為15mm的玻璃管里橫插兩個(gè)分別用鐵線連接的直徑為15mm的不銹鋼圓片(間距1cm)，在兩不銹鋼片之間填充使用浸潰法制作的Cu0/AC，兩電極板分別接入正、負(fù)10V直流電壓，將含有體積百分比0. 03%的NO，體積百分比0. 04%的NH3,體積百分比10%的O2的混合氣體接入反應(yīng)器，反應(yīng)器反應(yīng)溫度為50°C，以N2為載氣；空速為ΙδΟΟΟΙΓ1，氣體總流速500cm3/min，NO的去除率在50°C達(dá)到53%，相較于不加電時(shí)NO轉(zhuǎn)化效率提高了 20%。
實(shí)施例5 電輔助催化還原NO脫除氮氧化物的方法，具體內(nèi)容如下
1、催化劑制備
(O將椰殼活性碳?jí)浩⑦^(guò)篩粉碎制成4(Γ60目的顆粒，在硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)中70°C處理lh，將酸處理后的活性碳用去離子水水洗至PH值為7，于90°C下干燥12h備用。(2)將經(jīng)(I)處理過(guò)的活性碳分別采用過(guò)量溶液浸潰法(固液體積比2:1)浸潰質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的硝酸銅溶液，靜置2h后，于90°C下干燥12h。(3)將經(jīng)(2)處理過(guò)的活性碳于300°C N2氣氛下管式爐里煅燒3h，得到CuO/AC催化劑。2、在直徑為15mm的玻璃管里橫插兩個(gè)分別用鐵線連接的直徑為14mm的不銹鋼圓片(間距1cm)，在兩不銹鋼片之間填充使用浸潰法制作的CuO/AC，兩電極板分別接入正、負(fù)15V直流電壓，將含有體積百分比O. 03%的NO，體積百分比O. 04%的NH3，體積百分比3%的O2的混合氣體接入反應(yīng)器，反應(yīng)器反應(yīng)溫度為150°C，以N2為載氣；空速為ΙδΟΟΟΙΓ1，氣體總流速500cm3/min，NO的去除率在150°C達(dá)到95%，相較于不加電時(shí)NO轉(zhuǎn)化效率提高了 10%。
權(quán)利要求
1.一種電輔助催化還原NO脫除氮氧化物的方法，其特征在于將含有NO、NH3> O2的待處理混合氣體，空速控制在10000 ^oootr1之間，將混合氣體通過(guò)填充有催化劑的反應(yīng)器，并同時(shí)施加直流電壓，使混合氣中的NO在50 150°C條件下定量的轉(zhuǎn)化為N2。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電輔助催化還原NO脫除氮氧化物的方法，其特征在于反應(yīng)器為玻璃管式固定床反應(yīng)器，在其內(nèi)的兩直徑為14 16_的不銹鋼圓片電極板之間填充活性碳為載體的催化劑，分別用鐵線作為導(dǎo)線給兩極板施加正負(fù)電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電輔助催化還原NO脫除氮氧化物的方法，其特征在于直流電壓的輸入電壓為O. 5 15V。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電輔助催化還原NO脫除氮氧化物的方法，其特征在于混合氣體中含有體積百分比O. 03 O. 05%的NO、體積百分比O. 04 O. 06%的NH3、體積百分比3 10%的O2。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電輔助催化還原NO脫除氮氧化物的方法，其特征在于催化劑為以活性炭為載體的催化劑。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電輔助催化還原NO脫除氮氧化物的方法，該方法將含有NO、NH3、O2的待處理混合氣體，空速控制在10000~40000h-1之間，通過(guò)在反應(yīng)器兩極板之間填充以活性碳為載體的催化劑的反應(yīng)器并且施加0.5V~15V直流電壓，使混合氣中的NO在50~150℃條件下定量的轉(zhuǎn)化為N2。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其工藝簡(jiǎn)潔，進(jìn)一步降低了反應(yīng)溫度，具有低能耗、無(wú)二次污染等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01D53/56GK102908897SQ201210429990
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者唐曉龍, 陳晨, 易紅宏, 李凱, 王川, 王建根, 徐先莽 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)