专利名称：微波催化净化氮氧化物的新型催化剂及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种脱除氮氧化物的催化剂和制备方法，以及其在微波辅助催化的作用下对氮氧化物净化的方法。
背景技术：
环境污染和防治一直是各个国家关注的焦点，氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一，因其难于被有效去除而备受讨论和研究。催化脱除氮氧化物被公认为是目前最有研究价值，最有发展前景的净化方法；而微波对化学反应有明显的辅助催化作用，将两者结合运用，将被吸附在催化剂表面上的氮氧化物和氧气分子在微波场下被激化成活性物质(电子，正负离子或自由基)，并重新组合——分解或被氧化，从而达到氮氧化物脱除的目的和效果。
利用电晕放电等离子体法脱除氮氧化物在国内外已有很多报道。其缺点是投资大，能源利用率低，运行成本高，且与催化剂一同使用时效果不好。
微波放电与电晕放电相比较，优点是微波加热属于内加热的方法，温度提升快、无温度梯度且能源利用率高，运行成本低。
近年来，微波催化取得了长足的发展，国内外对微波催化净化氮氧化物的研究报道也逐年增加。国内率先开展微波催化研究的中科院大连化学物理研究所研究开发了多种催化剂和催化装置，并发表了多项专利。申请号为98114335.0的专利中讲述的催化剂由负载活性组分铟的分子筛和具有吸波性质的氧化铁组成，在有大量氧气存在的气氛中，以甲烷为还原剂，一氧化氮被还原成氮气的转化率达到100％。中国发明专利(申请号为00136248.8)中叙述的催化剂是以多孔蜂窝陶瓷为基质和含贵金属或其氧化物的高比面的氧化铝为涂层构成，在微波场作用下，当温度达到400℃以上时，NO转换率达到90％以上。
上述专利中所用的催化剂都含有贵金属或稀有金属，原料成本高昂，制备工艺要求繁琐、周期较长，从而限制了其在大规模工业化中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微波催化净化氮氧化物的新型催化剂及其制备方法和应用。
本发明的氮氧化物净化催化剂，以具有吸收微波性能的二氧化锰为活性组分，以氧化铝为载体，其中二氧化锰与氧化铝重量比为1∶4～1∶30；本发明的催化剂的制备方法包括如下步骤将二氧化锰、氧化铝和水混合研磨(水的加入量为二氧化锰和氧化铝总重量的5～15％)，然后压片(压强为40～80Mpa)，风干(时间为3～5小时)，再粉碎成10-20目的颗粒，于120～140℃下烘2～5小时，即获得本发明的催化剂；或采用如下的方法制备先将重量浓度为30～70％的硝酸锰溶液与氧化铝混合研磨，静置1～3小时，压片成型(压强为40～80Mpa)，风干(时间为3～5小时)，然后在200～230℃下烘2～5小时，待颜色变黑后，在400～1000℃下焙烧8～12小时，粉碎，即得本发明的催化剂。
本发明的催化剂可用于在微波的辅助催化作用下对氮氧化物的净化。微波频率为2450±50MHz，微波功率为330W～390W。
本发明的技术关键是开发出一种新型的混合催化剂，其中的二氧化锰是能稳定且强烈吸收微波的物质，其在净化氮氧化物的化学反应中具有较强的催化活性；而氧化铝是具有巨大比表面积的载体物质，将两者加工成一种新型的催化剂，使吸附在催化剂表面上的氮氧化物在微波场下被激发分解或氧化，从而起到净化的效果。
本发明微波净化氮氧化物的原理是吸附在催化剂表面上的氮氧化物和氧气分子在微波场下被激化成活性物质(电子，正负离子或自由基)，它们之间互相碰撞重组，最终氮氧化物被氧化或被分解，达到脱除氮氧化物的目的。
本发明的催化剂成本低、制备工艺简单，生产周期短，具有很高的实用价值。
图1为微波反应器结构示意图。
具体实施例方式
下面通过实验实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是本实施例只用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
实施例1 催化剂的制备压片法制备催化剂吸波物质二氧化锰为分析纯(含量85％)，载体氧化铝为中性层析用氧化铝，粒径为100-200目。称取一定量的二氧化锰与氧化铝放入研钵中，加入适量的蒸馏水，充分混合，然后在压片机下压片(压强为50Mpa)，风干3小时，再粉碎成10-20目的颗粒，于120℃下烘3小时，样品取出备用。
浸渍法制备催化剂溶液为50％硝酸锰溶液(硝酸锰为分析纯)，载体氧化铝同上。称取一定量的氧化铝和硝酸锰溶液，在研钵中充分混合，渗透均匀，静置2小时，在压片机下压片成型(压强为50Mpa)，风干3小时，然后转入干燥箱中在210℃下烘3小时，待颜色变黑后，此时再置于焙烧炉在500℃下烧10小时，敲碎，筛分出10-20目的颗粒，备用。
实施例2使用压片法制得的催化剂，采用图1的石英管反应器在微波场下对氮氧化物进行脱除。
实例中气氛为NO 500ppm、O210％、其余为N2，空速1500h-1；石英管反应器内径为2.5cm，高为25cm，下端设有孔径为50目的玻璃筛，管内部有一根内径为5mm的封闭的石英管伸到反应器外部，用于放置热电偶以测量催化剂层温度。将制备好的催化剂颗粒置于玻璃筛上，将气体通入反应器，开启微波，微波功率由调压器控制，气体成分由英国kane公司制造的KM900烟气成分分析仪测得。
表1 压片法催化剂对NO的脱除
注气体浓度单位为ppm，α为脱除率，微波频率为2450±50MHz，调压器功率为370W。
实施例3使用浸渍法制得的催化剂，研究其在微波场下对氮氧化物脱除。
试验装置如实施例2。实例中气氛为NO 500ppm、O210％、其余为N2，空速1500h-1。
表2 浸渍法催化剂对NO的脱除
注气体浓度单位为ppm，α为脱除率，调压器功率为370W。微波频率为2450±50MHz。
实施例4采用浸渍法制得的不同配比的催化剂，研究其在微波场下对氮氧化物的反应活性。
表3不同配比的催化剂微波催化反应活性
注进口NO 500ppm、O210％、其余为N2，空速1500h-1，调压器功率为370W，脱除率为300℃下测得。微波频率为2450±50MHz。
权利要求
1.一种氮氧化物净化催化剂，以具有吸收微波性能的二氧化锰为活性组分，以具有高比表面积的氧化铝为载体，其特征在于所用催化剂中二氧化锰与氧化铝重量比为1∶4～1∶30。
2.按照权利要求1所述的氮氧化物净化催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤先将二氧化锰、氧化铝和水混合研磨，然后将其压片(压强为40～80Mpa)，风干(时间为3～5小时)，粉碎成10-20目的颗粒后，再于120～140℃下烘2～5小时，即获得本发明的催化剂；或采用如下的方法制备将重量浓度为30～70％的硝酸锰溶液与氧化铝混合研磨，静置1～3小时，压片成型(压强为40～80Mpa)，风干(时间为3～5小时)，然后在200～230℃下烘2～5小时，待颜色变黑后，在400～1000℃下焙烧8～12小时，再经粉碎，即可得到本发明的催化剂。
3.一种脱除氮氧化物的方法，其特征在于所用的催化剂为权利要求1或权利要求2所述的氮氧化物净化催化剂，通过其在微波的辅助催化作用下对氮氧化物净化。
4.按照权利要求3所述的脱除氮氧化物的方法，其特征在于微波频率为2450±50MHz，微波功率为330W～390W。
全文摘要
本发明公开了一种以二氧化锰为活性组分、以氧化铝为载体制备而成的新型催化剂及其在微波场下对氮氧化物净化的方法。鉴于微波对化学反应有强的辅助催化效应，通过偶合它与本催化剂较强的催化活性，实现了对氮氧化物显著的脱除效果，脱除率可达到90％以上。该类型催化剂制备工艺简单，制备周期短，在微波场下不会失活，具有很高的实用价值。
文档编号B01D53/86GK1736558SQ20051002796
公开日2006年2月22日 申请日期2005年7月21日 优先权日2005年7月21日
发明者徐云龙, 钱秀珍, 徐小全, 许东海, 吴春梅 申请人:华东理工大学