O分解催化劑,其制備方法及應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種N2O分解催化劑，尤其涉及一種抗0)2和SO 2雜質的催化劑及其制 備方法和應用，屬于環(huán)境保護催化材料和大氣污染治理技術領域。
【背景技術】
[0002] N2O俗稱為笑氣。它在硝酸、己二酸生產工程中大量產生。在氮氧化物的烴選擇催 化還原（HC-SCR)和氫選擇催化還原（H 2-SCR)過程中，也會由于相應催化劑的選擇性不高 而產生大量的N20。N2O是一種遠比N0 x毒性更強和遠比CO 2和CH 4溫室效應更強的氣體，為 保護大氣環(huán)境，必須將上述過程中產生的N2O有效消除。
[0003] 有效消除上述尾氣中N2O的方法之一是將上述尾氣提高到250-600°C使其中的N 2O 在催化劑的作用下催化分解成無害的氮氣和氧氣。催化分解N2O的溫度，取決于催化劑的 活性。催化劑的活性越高，可有效消除N 2O的溫度就可越低，過程耗能就越小。含N2O的工 廠尾氣和車載發(fā)動機尾氣，均含有較高濃度的O 2、H2O蒸汽、CO2，以及一定濃度的SO2、NO、NO 2 等雜質氣體。這些雜質氣體都不同程度地使N2O分解催化劑的活性大幅度降低。因此，這不 僅要求實際用于N 2O分解消除的催化劑活性較高，還要求相應催化劑在催化穩(wěn)定性上對02、 H2O蒸汽、CO2，以及SO2、N0、腸2具有較強的抵抗作用。
[0004] 目前研宄報道的N2O分解消除催化劑主要有貴金屬催化劑、分子篩類催化劑和過 渡金屬氧化物催化劑。
[0005] 貴金屬催化劑具有優(yōu)良的低溫催化分解反應活性，但其高昂的成本限制了它的工 業(yè)應用。
[0006] 分子篩類催化劑以Cu、Co、Fe交換的ZSM-5、FER等分子篩的活性相對較好，但該 類催化劑與貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑相比，活性較差。
[0007] 過渡金屬氧化物催化劑，其主要活性組分是Co的氧化物、Cu的氧化物和Ni的氧 化物，或它們之間以不同比例組合所形成的氧化物固溶體、混合氧化物，或它們之間形成的 尖晶石、鈣鈦礦型復合物。對于這些過渡金屬氧化物和它們間的混合物、復合物，已有較多 的助劑被研宄報道可以提高其N 2O分解消除催化活性。
[0008] 喊金屬 K 作為助劑（K. Asano et al.，Applied Catalysis B:Environmental 78, 2008:242 - 249)、喊金屬 Cs 作為助劑（N. Pasha et al.，Catalysis Communications 10, 2008:132 - 136)均被報道可以顯著提高Co氧化物的N2O分解催化活性，但用堿金屬助 劑修飾的Co氧化物所得催化劑是否耐C0 2、SO2尚未見研宄報道。
[0009] Ce 作為 Co 氧化物的助劑（Li Xue et al.，Applied Catalysis B:Environmental 752007:167 - 174)，也被研宄報道可以顯著提高Co氧化物的N2O分解催化活性，但用堿金 屬氧化物修飾的Co氧化物所得催化劑是否耐0) 2和SO2也未見研宄報道。
[0010] 專利CN 102513117研宄公開了采用絡合法制備的CuxCei_x0 y催化劑用于N2O分解 催化消除，但相應催化劑是否耐C02、SO 2也未見報道。
[0011] 專利CN101765460研宄公開了在ZrO2中摻雜La、Ce、Pr、Ti、Al等元素所得催化 劑用于N 2O分解催化消除，專利CN 103506129A研宄公開了在多種載體上擔載Cu、Zn、Ni的 復合氧化物后再擔載Ba、Ca、Mg、Y、Cr、Mo、Co、La、Pr或Nd中的一種元素所得催化劑用于 N2O分解催化消除，但這些催化劑完全分解N2O的溫度均高于600°C。
[0012] 專利CN 103263928 A研宄公開了 Ni、La復合金屬氧化物經堿土金屬、過渡金屬或 稀土元素修飾后所得催化劑用于N2O分解催化消除，但相應催化劑是否耐C0 2、S02&未見研 宄報道。
[0013] 專利CN 103877989 A研宄公開了堿金屬修飾的Co、Mn二元金屬氧化物催化劑用 于N2O分解催化消除，催化劑完全分解N 2O的溫度均高于400°C，且催化劑是否耐C02、S02& 未見研宄報道。
[0014] 迄今為止，還沒有用Pb修飾Co氧化物作為催化劑用于N2O分解催化消除的研宄 報道，更沒有該類催化劑對〇) 2和SO 2雜質耐受性的研宄報道。

【發(fā)明內容】

[0015] 為解決現有技術中存在的N2O分解催化劑抗0)2和SO 2雜質性能不佳的問題，本發(fā) 明提供一種N2O分解催化劑，不僅對N2O催化分解有高活性，且在催化N 2O分解過程中對于 C02、SO2等雜質氣體有較強的耐受性，并且可在較低溫度（300°C附近）下運行。
[0016] 本發(fā)明的技術目的通過以下技術方案實現：
[0017] -種Pb修飾Co氧化物基體的N2O分解催化劑，所述催化劑為PbO和Co氧化物基 體的復合物，所述催化劑中PbO的質量百分含量為2. 7wt. %~21. 7wt. %。
[0018] 進一步地，所述Co氧化物基體為Co氧化物，或Co氧化物與選自堿土金屬、過渡金 屬的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽或硫酸鹽中的至少一種的復合物。
[0019] 進一步地，所述Co氧化物基體優(yōu)選為Co氧化物與Cu的氧化物、Ni的氧化物中的 至少一種的復合物。
[0020] 進一步地，所述Co氧化物基體還優(yōu)選為Co氧化物與Mg、Ca、Ba的氧化物、氫氧化 物、碳酸鹽或硫酸鹽中的至少一種的復合物。
[0021] 進一步地，所述Co氧化物基體中Co氧化物的質量百分含量多50%。
[0022] 進一步地，作為更優(yōu)選的技術方案，所述催化劑中PbO的質量百分含量為 5. Owt. % ~14. 3wt. %。
[0023] 本發(fā)明的另一技術目的在于提供以上催化劑的制備方法：
[0024] 本發(fā)明所述催化劑的制備方法之一，以堿金屬的碳酸鹽、堿金屬的氫氧化物、碳酸 銨、碳酸氫銨或氫氧化銨中的至少一種為共沉淀劑，與各組分的金屬鹽溶液混合，以共沉淀 法制備得到固體，干燥，煅燒。
[0025] 本發(fā)明所述催化劑的制備方法之二，以Pb的可溶鹽溶液浸漬所述Co氧化物基體， 干燥，煅燒。
[0026] 本發(fā)明另提供一種蜂窩型催化劑，將以上所述催化劑與粘結劑混合，擠壓成蜂窩 型，干燥，煅燒。所述粘結劑為本領域常用的無機粘結劑，如硅溶膠、薄水鋁石、11〇 2溶膠等。
[0027] 本發(fā)明還提供一種負載型催化劑，將以上所述催化劑負載至蜂窩型載體上。
[0028] 進一步地，將所述催化劑負載至催化劑載體上后，PbO的質量百分含量為 0. 4wt. % ~7wt. %。
[0029] 本發(fā)明所述Pb修飾Co氧化物基體的N2O分解催化劑、蜂窩型催化劑或負載型催 化劑可應用于催化分解N 2O反應。其中所述Pb修飾Co氧化物基體的N2O分解催化劑應用 于N2O催化分解時制成催化劑領域常規(guī)的催化劑形狀，如條狀、球形或片狀等催化劑領域可 接受的催化劑形狀。
[0030] 本發(fā)明的有益效果：
[0031 ] (1)本發(fā)明的Pb修飾Co氧化物基體的N2O分解催化劑，不僅對N2O催化分解有高 活性，且在催化N2O分解過程中對于C02、502等雜質氣體有較強的耐受性；
[0032] (2)本發(fā)明的Pb修飾Co氧化物基體的N2O分解催化劑，可在較低溫度（300°C附 近）下運行，仍能保持較高的催化劑活性。
【附圖說明】
[0033] 圖1.實施例1、4和對比例6制備的催化劑的XRD圖譜。
【具體實施方式】
[0034] 下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發(fā)明，但不以 任何方式限制本發(fā)明。
[0035] 實施例1
[0036] 將 0· 40 克 Pb (NO3) 2和 8. 73 克 Co (NO 3) 2 ·6Η20 混溶于 40°C 的 150mL 蒸餾水中。在 該溫度和強烈攪拌下向該混合液中滴加〇. 5M相同溫度的Na2CO3溶液至pH = 9. 3后，停止 加入Na2CO3溶液，繼續(xù)攪拌兩小時。然后將所得沉淀物抽濾分離，用蒸餾水反復洗滌沉淀物 抽濾直至濾液為中性。最后將濾餅在ll〇°C烘干4小時，在空氣中500°C煅燒3小時。最后 將所得粉末固體物壓片篩分為20~40目，得S(I)催化劑，Pb含量以PbO計的質量百分數 為 IOwt. %。
[0037] 實施例2
[0038] 重復實施例1，但用0· 10克Pb (NO3)2代替實施例1中的0.40克Pb (NO3)2，得S (2) 催化劑。其Pb含量以PbO計的質量百分數為2. 7wt. %。
[0039] 實施例3
[0040] 重復實施例1，但用0.30克Pb (NO3)2代替實施例1中的0.40克Pb (NO3)2，得S (3) 催化劑。其Pb含量以PbO計的質量百分數為7. 7wt. %。
[0041] 實施例4
[0042] 重復實施例1，但用0.60克Pb (NO3)2代替實施例1中的0.40克Pb (NO3)2，得S (4) 催化劑。其Pb含量以PbO計的質量百分數為14. 3wt. %。
[0043] 實施例5
[