专利名称：一种铜分子筛微波催化剂及其微波催化脱硝方法
技术领域：
本发明涉及一种铜分子筛微波催化剂及其微波催化脱硝方法。
背景技术：
随着我国经济的发展，能源消耗量，特别是化石能源的消耗量大幅度增加。与此相应，大气的污染程度也日益加剧，以煤为主的能源结构是影响我国大气环境质量的主要因素。目前，我国95%以上的火电厂是以燃煤为主，短期内难以改变。燃煤过程中排放的二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物和粉尘分别占我国排放量的87 %，71 %，67 %和60%。在我国，粉尘已经得到了很好的控制和治理；烟气脱硫技术也已日趋成熟，烟气脱硫项目已经在有序地进行；唯有氮氧化物的污染尚未得到有效控制。“十二五”是我国经济发展的重要时期，也是氮氧化物控制的关键时期，如何采取高效的脱硝措施，消除氮氧化物的污染已成为环境保护中的重要课题。目前工业上应用的技术是以氨为还原剂的选择性催化还原技术为 NH3-SCR法，NH3-SCR法是现有氮氧化物处理技术中最成熟的方法之一，该方法可在较低的温度下使氮氧化物脱除率达到80 90%。其不足之处还原剂消耗量大，催化剂易中毒， 管路设备要求高和脱硝效率不高。自铜离子交换型ZSM-5分子筛催化剂能直接催化分解NOx以来，Cu_ZSM_5催化剂以良好的催化活性及稳定性，被认为是最具工业应用前景的脱硝催化剂。通常认为，在以 Cu-ZSM-5为催化剂的直接催化分解NO反应中，NO的活化主要在Cu物种上进行，活化后形成的中间产物在催化剂酸性位的共同作用下生成氮气和氧气等产物。根据气固催化反应机理，固体催化剂的表面键合能力即吸附活化反应分子能力，强烈依赖于表面及其形貌特征， 分布于分子筛外表面的Cu物种可能对NO活化更为有利。以往实验结果表明，用离子交换法制备的催化剂经高温焙烧后有相当部分的Cu物种迁移进入分子筛孔道内。为了进一步考察分子筛外表面的Cu物种对NO催化分解反应的作用，以及催化剂表面微观结构、化学性质与催化反应性能的构效关系，并使Cu物种更多地分散在分子筛外表面，可以采用微波固相法和固相分散法来制备催化剂。固相分散法是基于金属盐类或金属氧化物在大比表面积载体上自发分散原理来制备催化剂的。由于受金属离子迁移等因素的影响，机械混合后， 要通过加热来引发固态离子交换反应，通常需要的加热温度高，反应时间长，故金属组分在分子筛内外表面的分布难以得到有效控制。而微波作为一种非电离电磁能，微波加热具有快速及特殊的电磁效应，以及对被加热的物质不具有破坏作用等特点。因此，用微波加热方式可提高加热速度并控制活性组分在分子筛内外表面的分布。近20年来，各国科学家对 Cu-ZSM-5催化剂进行了大量的研究。关于Cu-ZSM-5催化剂上Cu物种的落位分布状态及存在形态不同对其催化分解NO活性影响的研究也有报道。但用Cu-ZSM-5催化剂催化分解 NO的转化率最高为70%，其不足之处Cu-ZSM-5催化剂转化率低、脱硝效率低，达不到排放要求
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种效率高的、节能环保的铜分子筛微波催化剂及其微波催化脱硝方法。本发明的铜分子筛微波催化剂的目的通过下述技术方案予以实现包括ZSM分子筛，所述ZSM分子筛为能够吸收微波的具有多孔结构的分子筛，以ZSM分子筛为基体制备出含铜ZSM分子筛催化剂，铜含量的质量比为2% -12%，优选3% -8%。所述铜ZSM分子筛催化剂采用离子交换法、固相分散法和微波固相反应法制备。本发明的铜分子筛微波催化剂的目的还可以通过下述技术方案予以实现包括Y 分子筛，所述Y分子筛为能够吸收微波的具有多孔结构的分子筛，以Y分子筛为基体制备出含铜Y分子筛催化剂，铜含量的质量比为2% -15%，优选3% -10%。所述铜Y分子筛催化剂采用离子交换法、固相分散法和微波固相反应法制备。本发明的铜分子筛微波催化剂的目的还可以通过下述技术方案予以实现包括 β分子筛，所述β分子筛为能够吸收微波的具有多孔结构的分子筛，以β分子筛为基体制备出含铜β分子筛催化剂，铜含量的质量比为2%-12%，优选3%-8%。所述铜β分子筛催化剂采用离子交换法、固相分散法和微波固相反应法制备。本发明的铜分子筛微波催化剂用于微波催化脱硝的方法，所述方法包括在微波催化反应器装置的反应管中填充催化剂形成微波催化反应床，被处理的气体在通过微波催化反应床时发生气-固反应进行脱硝处理；所述催化剂为上述任选一项所述的铜分子筛微波催化剂，工作温度为摄氏150-550度；所述被处理的气体在微波催化反应床中的反应停留时间为1-5秒，优选1.5-4秒。所述催化剂中混合氧化铜，氧化铜的加入量的质量比为10-70%，优选30-45%。所述催化剂中混合活性炭，活性炭的加入量的质量比为5-35%，优选15-30%。与现有技术相比，本发明具有以下优点转化率高、能耗小、节能环保，成本低。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明铜分子筛微波催化剂方案1 包括ZSM分子筛，所述ZSM分子筛为能够吸收微波的具有多孔结构的分子筛， 以ZSM分子筛为基体制备出含铜ZSM分子筛催化剂，铜含量的质量比为2% -12%，优选 3% -8%。所述铜ZSM分子筛催化剂采用离子交换法、固相分散法和微波固相反应法制备。铜分子筛微波催化剂方案2 包括Y分子筛，所述Y分子筛为能够吸收微波的具有多孔结构的分子筛，以Y分子筛为基体制备出含铜Y分子筛催化剂，铜含量的质量比为2% -15%，优选3% -10%。所述铜Y分子筛催化剂采用离子交换法、固相分散法和微波固相反应法制备。铜分子筛微波催化剂方案3 包括β分子筛，所述β分子筛为能够吸收微波的具有多孔结构的分子筛，以β 分子筛为基体制备出含铜β分子筛催化剂，铜含量的质量比为2%-12%，优选3%-8%。所述铜β分子筛催化剂采用离子交换法、固相分散法和微波固相反应法制备。本发明的铜分子筛微波方案1-3用于微波催化脱硝的方法，所述方法包括在微波催化反应器装置的反应管中填充催化剂形成微波催化反应床，被处理的气体在通过微波催化反应床时发生气_固反应进行脱硝处理；所述催化剂为铜分子筛微波方案1-3任选一项所述的铜分子筛微波催化剂，工作温度为摄氏150-550度；所述被处理的气体在微波催化反应床中的反应停留时间为1 _5秒，优选1. 5-4秒。所述催化剂中混合氧化铜，氧化铜的加入量的质量比为10-70%，优选30-45%。所述催化剂中混合活性炭，活性炭的加入量的质量比为5-35%，优选15-30%。以下实施例来源于实验室。以下实施例以铜ZSM-5分子筛为例。其他实施例不再赘述。AC代表活性炭。实施例1，以ZSM-5分子筛为基体，用微波固相法制备铜分子筛催化剂。参见表1。按照表1的比例称取Cu(AC)2和HZSM-5分子筛机械混合后充分研磨，然后放入 CEM公司生产的Phoenix微波马弗炉中，先程序升温至473K，然后保持温度为473K下煅烧 20min,制得的催化剂以Mcu-HZSM-5表示。表1微波固相法制备的Cu-ZSM-5分子筛催化剂上Cu的含量
权利要求
1.一种铜分子筛微波催化剂，包括ZSM分子筛，其特征在于，所述ZSM分子筛为能够吸收微波的具有多孔结构的分子筛，以ZSM分子筛为基体制备出含铜ZSM分子筛催化剂，铜含量的质量比为2% -12%。
2.根据权利要求1所述的铜分子筛微波催化剂，其特征在于，所述铜ZSM分子筛催化剂采用离子交换法、固相分散法和微波固相反应法制备。
3.一种铜分子筛微波催化剂，包括Y分子筛，其特征在于，所述Y分子筛为能够吸收微波的具有多孔结构的分子筛，以Y分子筛为基体制备出含铜Y分子筛催化剂，铜含量的质量比为 2% -15%。
4.根据权利要求3所述的铜分子筛微波催化剂，其特征在于，所述铜Y分子筛催化剂采用离子交换法、固相分散法和微波固相反应法制备。
5.一种铜分子筛微波催化剂，包括β分子筛，其特征在于，所述β分子筛为能够吸收微波的具有多孔结构的分子筛，以β分子筛为基体制备出含铜β分子筛催化剂，铜含量的质量比为2% -12%。
6.根据权利要求5所述的铜分子筛微波催化剂，其特征在于，所述铜β分子筛催化剂采用离子交换法、固相分散法和微波固相反应法制备。
7.一种将权利要求1-6任选一项所述的铜分子筛微波催化剂用于微波催化脱硝的方法，所述方法包括在微波催化反应器装置的反应管中填充催化剂形成微波催化反应床，被处理的气体在通过微波催化反应床时发生气_固反应进行脱硝处理；其特征在于，所述催化剂为权利要求1-6任选一项所述的铜分子筛微波催化剂，工作温度为摄氏150-550度；所述被处理的气体在微波催化反应床中的反应停留时间为1-5秒。
8.一种将权利要求7所述的方法，其特征在于，所述催化剂中混合氧化铜，氧化铜的加入量的质量比为10-70%。
9.一种将权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述催化剂中混合活性炭，活性炭的加入量的质量比为5-35%。
全文摘要
一种铜分子筛微波催化剂及其微波催化脱硝方法，所述催化剂是以ZSM分子筛、Y分子筛、β分子筛为基体制备出铜分子筛微波催化剂，铜含量的质量比分别为2％-12％、2％-15％、2％-12％。制备的方法为离子交换法、固相分散法和微波固相反应法。所述铜分子筛微波催化剂用于微波催化脱硝方法，是在微波催化反应器装置的反应管中填充铜分子筛微波催化剂形成微波催化反应床，被处理的气体在通过微波催化反应床时发生气-固反应进行脱硝处理；反应温度为摄氏150-550度；反应停留时间为1-5秒。所述铜分子筛微波催化剂中混合氧化铜，氧化铜的加入量的质量比为15-45％。所述催化剂中混合活性炭，活性炭的加入量的质量比为5-35％。本发明具有转化率高、能耗小、节能环保，成本低等优点。
文档编号B01J8/06GK102407114SQ20111045119
公开日2012年4月11日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者周继承, 李虎, 毛桂月, 游志敏, 王哲, 王蒙 申请人:湘潭大学