专利名称：一种用于NOx选择性催化还原的整体式催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于环境污染控制技术领域，涉及一种NOx选择性催化还原的整体式催化 剂及其制备方法。
背景技术：
氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一，主要来自电厂烟气和机动车尾气，对 大气环境和人类活动危害很大，已经引起世界各国的普遍重视。目前，研究较多的消除NOx 催化剂主要是在低温富氧条件下NOx的选择性催化还原(SCR)，其中以V205-W03/Ti02催化 剂在消除NOx已有了实际应用。但是由于它在实际应用不可避免的缺点，较窄的操作窗口， 以及矾化合物对自然环境和人类的健康都有着很大的毒害性，因此，越来越多的研究集中 在研究新型的SCR催化剂。W，Mn和Fe在NH3还原NOx的SCR反应中，作为活性组分有较理 想的应用。CN101352645报道了一种烟气催化氧化脱硝工艺，采用以TiO2或^O2-TiO2为载 体，Co为活性成分的催化剂，利用烟气中本身含有的氧气，将一氧化氮氧化成易于溶于水的 二氧化氮后，利用碱液吸收，将氮氧化物脱除。本发明工艺脱硝效率高，成本低，在控制氧化 后烟气中二氧化氮的含量后，可以选择性的回收脱硝副产物中的亚硝酸盐，实现产物的资 源化。CN101554581报道了 一种催化剂制备技术领域的选择性催化还原脱硝催化剂 及制备方法，其组分及质量百分比为1_5%氧化锆、0. 5-3%银元素、0. 5-2%钯元素以及 90-98%氧化铝。所述的制备方法包括催化剂载体的制备、催化剂浸渍液的制备以及活性 组分的负载。本发明所述的催化剂对于一氧化氮气体的转化率最高可达到60%以上。CN101507928报道了一种用于烟道气低温选择性催化还原氮氧化物的铁锰复合氧 化物催化剂及其制备方法和应用。本发明催化剂包括铁元素、锰元素和助剂元素等活性组 分。所述的催化剂易于涂覆在蜂窝陶瓷上，有望取代V基催化剂成用于烟道气、汽车尾气及 柴油机尾气净化。本发明的催化剂催化还原氮氧化物为无害的氮气和水，转化率在90%以 上，在350°C连续反应50h不失活。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于NOx选择性催化还原的W/Mn-Al203整体式催化 齐U，在NH3为还原剂的条件下，制备的催化剂对NOx有良好的反应活性和稳定性。N0x50% 的转化温度是110-160°C，100%的转化温度是180°C，完全转化的温度区间在180_320°C。催化剂以堇青石蜂窝状陶瓷作为结构载体。催化剂的特征在于催化剂活性组份为W03，MnO2和Fe203。催化剂以活性氧化铝和催化活性组份混合形成催化活性涂层，W，Mn和Fe氧化物 的百分含量为氧化铝的-10%。
催化剂采用真空涂覆的方法，在第一载体上的涂覆量可以是30-50%。
催化剂制备方法具体如下常温条件下，将磷钨酸，硝酸锰，硝酸铁，活性氧化铝，去离子水在机械搅拌的条件 下，混合均勻，并加入适量的浓硝酸，调节料浆的PH为3-4 ；在真空条件下，将混合均勻的料 浆涂覆在堇青石陶瓷载体上；在保证涂覆的整体式催化剂孔道通畅的前提下，将其室温干 燥12h ；在550-650°C条件下，焙烧2_3小时即可制备W/Mn/Fe-Al203整体式催化剂。催化剂的活性组份钨和锰氧化物的质量比控制在0. 25-1. 5，Fe的氧化物与前两 者的质量比为1-2。硝酸锰(Mn(NO3)2溶液)为市售。磷钨酸(H3O4tlPW12· XH2O)为市售。硝酸铁(Fe(NO3) 3 · 9H20)为市售。活性氧化铝为市售。与已有技术相比，本发明具有的特点是1、整体式催化剂的制备方法简单，并且负载率高，活性组分均勻分布在氧化铝涂 层并且负载脱落率低，结构稳定。2、催化有良好的反应活性和稳定性，并且在低温趋于有较宽的转化区间。反应活 性见表一，稳定性见表二。
具体实施例方式实施事例1 将12g Mn(NO3)2，55g Al2O3，IOOg去离子水，在机械搅拌的条件下，加入5mL浓硝 酸，调节pH到3-4，搅拌0. 5-2小时，浆料稳定以后。在真空条件下，将浆料涂覆在堇青石陶 瓷载体上，浸渍15-30min，并用压缩空气将多余的料浆除去。然后室温干燥12h，500-800°C 焙烧2h，得所需催化剂。实施事例2 将12g Mn(NO3)2,13g H3O40Pff12 · xH20，55g Al2O3, IOOg 去离子水，在机械搅拌的条 件下，加入5mL浓硝酸，调节pH到3-4，搅拌0. 5-2小时，浆料稳定以后。在真空条件下，将 浆料涂覆在堇青石陶瓷载体上，浸渍15-30min，并用压缩空气将多余的料浆除去。然后室温 干燥12h，500-800°C焙烧2h，得所需催化剂。实施事例3 将12g Mn(NO3)2,13g H3O40Pff12 · xH20,13g Fe(NO3)3 · 9H20，55g Al2O3, IOOg 去离子 水，在机械搅拌的条件下，加入5mL浓硝酸，调节pH到3-4，搅拌0. 5-2小时，浆料稳定以后。 在真空条件下，将浆料涂覆在堇青石陶瓷载体上，浸渍15-30min，并用压缩空气将多余的料 浆除去。然后室温干燥12h，500-80(TC焙烧2h，得所需催化剂。实施事例4 将12g Mn(NO3)2,13g Fe (NO3) 3 ·9Η20，55gAl203，IOOg 去离子水，在机械搅拌的条件 下，加入5mL浓硝酸，调节pH到3-4，搅拌0. 5-2小时，浆料稳定以后。在真空条件下，将浆 料涂覆在堇青石陶瓷载体上，浸渍15-30min，并用压缩空气将多余的料浆除去。然后室温 干燥12h，500-800°C焙烧2h，得所需催化剂。
实施事例5 将13g H3O40Pff12 · xH20, 55g Al2O3, IOOg去离子水，在机械搅拌的条件下，加入5mL 浓硝酸，调节PH到3-4，搅拌0. 5-2小时，浆料稳定以后。在真空条件下，将浆料涂覆在堇 青石陶瓷载体上，浸渍15-30min，并用压缩空气将多余的料浆除去。然后室温干燥12h， 500-80(TC焙烧2h，得所需催化剂。表一、不同实例催化剂NOx催化反应效果
催化剂T20IoCT50 rc^ioo / "C实施例160160210实施例275175250实施例3150180235实施例480140180实施例5210255305反应条件500ppmNOx，500ppm NH3, 5% O2, Ar 为平衡气T20-NOx转化率为20 %时的温度T50-NOx转化率为50 %时的温度Tiqq-NOx转化率为100%时的最低温度表二、不同实例催化剂NOx催化反应完全转化温度窗口和典型实例稳定性
催化剂完全转化窗口/°C 催化剂反应寿命/h
实施例1210-31520实施例2250-300-实施例3235-28030实施例4180-320-实施例5305-3155完全转化窗口 催化剂在NOx完全转化条件下温度区间催化剂反应寿命在200°C条件下，典型催化剂的反应稳定性。
权利要求
一种用于NOx选择性催化还原的整体式催化剂，其特征在于催化剂有良好的反应活性和稳定性。NOx50％的转化温度是110 160℃，100％的转化温度是180℃，完全转化的温度区间在180 320℃。
2.如权利要求1所述催化剂的特征在于催化剂以堇青石蜂窝状陶瓷作为结构载体。
3.如权利要求1所述催化剂的特征在于催化剂活性组份为W03和Mn02以及Fe203中的 一种或者几种，钨和锰氧化物的质量比控制在0. 25-1. 5，Fe的氧化物与前两者的质量比为 1-2。
4.如权利要求1所述催化剂的特征在于催化剂以活性氧化铝和催化活性组份混合形 成催化活性涂层，W，Mn和Fe氧化物的质量百分含量为氧化铝的_10%。
5.如权利要求1所述的催化剂特征在于催化剂采用真空涂覆的方法。
6.如权利要求1所述催化剂的特征在于涂层在结构载体上的质量涂覆量可以是 30-50%。
7.如权利要求1所述的催化剂特征在于催化剂制备方法具体如下常温条件下，将磷 钨酸，硝酸锰，硝酸铁，活性氧化铝，去离子水在机械搅拌的条件下，混合均勻，并加入适量 的浓硝酸，调节料浆的PH为3-4 ；在真空条件下，将混合均勻的料浆涂覆在堇青石陶瓷载体 上；在保证涂覆的整体式催化剂孔道通畅的前提下，将其室温干燥12h ；在550-650°C条件 下，焙烧2-3小时即可制备W/Mn/Fe-Al203整体式催化剂。
全文摘要
本发明涉及一种用于NOx选择性催化还原的整体式催化剂及其制备方法，主要应用于机动车尾气净化和工厂烟道尾气净化，属于环境污染控制领域。整体式催化剂有两部分组成堇青石蜂窝陶瓷载体和负载催化活性组分的涂层构成，涂层由活性氧化铝和过渡金属氧化物组成。采用涂覆的方法，将负载活性组分的氧化铝涂层涂覆在堇青石蜂窝陶瓷载体上，制备的催化剂有良好的反应活性和稳定性。NOx50％的转化温度是100-160℃，NOx100％的转化温度是180℃，完全转化的温度区间在180-320℃。
文档编号B01D53/56GK101983766SQ20101056618
公开日2011年3月9日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者卢冠忠, 张志刚, 杨青山, 王筠松, 蔡丽莉, 詹望成, 郭杨龙, 郭耘 申请人:华东理工大学