一种高性能铜基脱硝催化剂及其制备方法与应用

本发明涉及到大气中氮氧化物污染治理的，更具体地说是一种以固相研磨法制备高性能铜基脱硝催化剂的方法。

背景技术：

1、氮氧化物(nox)是大气中的主要污染物之一，会引起酸雨、温室效应等一连串恶劣的气候问题，对土壤、建筑产生巨大影响，对整个生态环境和人体健康构成严重威胁。氨选择性催化还原(nh3-scr)氮氧化物是公认的最有效和最广泛使用的nox减排技术，该技术具有工艺成熟、脱除效率高、系统运行稳定等特点，是现阶段工业烟气治理首选的nox排放控制手段之一。其脱硝效率的核心是催化剂的研发。在催化氧化no的过程中，温度超过200℃会导致氧化生成的no2稳定性下降，然而很多催化剂需在300℃上的高温下才能保持良好的催化活性，而工业燃煤型烟气的排放温度一般为150～250℃。因此，需要开发适宜低温催化氧化no的催化剂。

2、金属分子筛催化剂近几年来在脱硝领域受到广泛的关注，尤其是铜基催化剂，该催化剂属于低温nh3-scr工艺最有前途的催化剂之一。但目前已报道的cu-ssz-13，cu-spao-34，cu-mcm-41等铜基催化剂在低温范围内的催化活性都不太理想。此外，据前人研究结果表明，多孔结构的类型和硅铝比在一定程度上都可以影响沸石分子筛在nh3-scr中的催化活性。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了提供一种在低温区具有高性能的脱硝催化剂。

2、六方结构的sba-15介孔分子筛具有较厚的孔壁、较好的热稳定性，可以有效提升催化剂的催化活性组分在其中的分散性。zsm-5分子筛具有独特的交叉孔道结构，较高的水热稳定性、比表面积大，酸稳定性强，并且具有选择型催化性能等优点。

3、本发明通过一种简便的固相法，结合sba-15介孔分子筛和zsm-5分子筛的优势制得高性能的cuo-sba-15/zsm-5催化剂，在工业燃煤烟气脱硝中表现出极佳的催化性能。

4、为了实现上述目的，本发明提供了一种高性能铜基脱硝催化剂。该高性能铜基脱硝催化剂采用铜基催化剂cuo-sba掺杂分子筛zsm-5充分研磨制备；所述铜基催化剂cuo-sba以cu(no3)2·3h2o与sba-15混合研磨后焙烧制备；所述铜基催化剂cuo-sba中铜元素以cuo计质量占比为40％；所述铜基催化剂cuo-sba与分子筛zsm-5的质量比为0.5:1～1:1；所述分子筛zsm-5采用硅铝比为25～35的分子筛zsm-5。

5、较为优选的，所述铜基催化剂cuo-sba中铜元素以cuo计质量占比为40％。较为优选的，所述铜基催化剂cuo-sba与分子筛zsm-5的质量比为1:1

6、本发明还提供了上述高性能铜基脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：

7、(1)铜基催化剂制备：

8、取0.168g cu(no3)2·3h2o与0.12g分子筛sba-15充分研磨至无颗粒感，以3℃/min的升温速率升温至450℃±5℃后，保温焙烧4±0.2小时，制备得到铜基催化剂cuo-sba；

9、(2)复合掺杂分子筛：

10、将制备得到的铜基催化剂cuo-sba按质量配比与分子筛zsm-5充分研磨至无颗粒感，即得所述高性能铜基脱硝催化剂。

11、较为优选的，分子筛zsm-5采用硅铝比为25～35的分子筛zsm-5，铜基催化剂cuo-sba与分子筛zsm-5的质量比为1:1。

12、较为优选的，分子筛sba-15通过以下方法制备：称取4.0g的p123、130ml h2o、20ml浓hcl于烧杯中，放在油浴锅中搅拌到溶液澄清；随后加入9.6ml teos，在40℃恒温油浴下搅拌24h，将所得白色凝胶转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热釜中，在100℃烘箱水热反应24h后取出冷却，水洗3次，乙醇洗3次后放入烘箱100℃干燥10h，得有序介孔分子筛sba-15。

13、本发明还提供了上述高性能铜基脱硝催化剂在150℃～200℃温度下脱硝催化中的应用。

14、本发明相比现有技术具有以下优点：

15、1、本发明采用固相研磨法进行铜基催化剂掺杂分子筛，制备方法简单快捷，制备过程不使用溶剂，以有效避免活性物种的流失。制备所得催化剂的热稳定性高、催化性能优异。

16、2、本发明通过对制备原料的选取、配比、分子筛的复合方式等工艺条件的优化筛选，获得适宜低温催化氧化no的催化剂，具有潜在的工业应用前景。

17、3、所用原料廉价易得、资源丰富。

18、4、以固相研磨法进行催化剂制备，能耗低、污染小、环境友好；

技术特征：

1.一种高性能铜基脱硝催化剂，其特征在于，所述高性能铜基脱硝催化剂采用铜基催化剂cuo-sba掺杂分子筛zsm-5充分研磨制备；所述铜基催化剂cuo-sba以cu(no3)2·3h2o与sba-15混合研磨后焙烧制备；所述铜基催化剂cuo-sba中铜元素以cuo计质量占比为40％；所述铜基催化剂cuo-sba与分子筛zsm-5的质量比为0.5:1～1:1；所述分子筛zsm-5采用硅铝比为25～35的分子筛zsm-5。

2.根据权利要求1所述的高性能铜基脱硝催化剂，其特征在于，所述铜基催化剂cuo-sba与分子筛zsm-5的质量比为1:1。

3.权利要求1所述高性能铜基脱硝催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述分子筛zsm-5采用硅铝比为25～35的分子筛zsm-5，所述铜基催化剂cuo-sba与分子筛zsm-5的质量比为1:1。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述分子筛sba-15通过以下方法制备：称取4.0g的p123、130mlh2o、20ml浓hcl于烧杯中，放在油浴锅中搅拌到溶液澄清；随后加入9.6mlteos，在40℃恒温油浴下搅拌24h，将所得白色凝胶转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热釜中，在100℃烘箱水热反应24h后取出冷却，水洗3次，乙醇洗3次后放入烘箱100℃干燥10h，得有序介孔分子筛sba-15。

6.权利要求1至2任一所述高性能铜基脱硝催化剂在150℃～200℃温度下脱硝催化中的应用。

技术总结
本发明公开了一种高性能铜基脱硝催化剂，采用铜基催化剂CuO‑SBA掺杂分子筛ZSM‑5充分研磨制备；铜基催化剂CuO‑SBA以Cu（NO<subgt;3</subgt;）<subgt;2</subgt;·3H<subgt;2</subgt;O与SBA‑15混合研磨后焙烧制备。本发明采用固相研磨法进行铜基催化剂掺杂分子筛，制备方法简单快捷，制备过程不使用溶剂，以有效避免活性物种的流失。制备所得催化剂的热稳定性高、催化性能优异。

技术研发人员：汤常金,祝柏韵,王妍,顾志文,谭冲,程丽君,申成日,黄春凯
受保护的技术使用者：南京师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13