一种催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂及其制备方法和应用

本发明属于大气污染治理领域，涉及一种催化燃烧催化剂，尤其涉及一种催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氮氧化物(nox)废气是一种对环境和人类健康都具有重大影响的污染物，含氮有机物的燃烧是氮氧化物产生的主要路径之一。在工业vocs治理领域，制革行业、手机塑料膜、聚氨基甲酸酯手套，锂电池等重要行业均大量使用二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基乙酰胺(dmac)、n,n-二甲基吡咯烷酮等含氮有机物作为溶剂，催化燃烧法是工业挥发性有机物的主流治理工艺，常规vocs治理用催化剂可将含氮有机物氧化，其氧化产物中含有大量nox副产物，成为制约其达标排放的重要因素。

2、工业上针对nox的处理方法scr(选择性催化还原)和sncr(选择性非催化还原)虽较为成熟，但需要辅助nh3等还原剂，新增nox再处理设备会增加系统工艺操作复杂性，增加环保投资运行成本。在常规的vocs催化剂的基础上，制备出催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂，降低nox产生量，是含氮有机废气处理的难点问题。

技术实现思路

1、为解决工业vocs治理领域含氮有机废气处理过程中nox超标的问题，本发明提供一种催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂及其制备方法和应用，该催化剂合成方法简单，在200～400℃内有优异的催化选择性，适用于制革行业、pra膜、pu手套、锂电池等行业的含氮有机废气的催化燃烧处理。

2、为实现上述目的，本发明提供一种催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂，具有这样的特征：所述催化剂是由催化燃烧活性组分和氮氧化物选择性还原组分组成的复合型催化剂，用于催化燃烧选择性还原含氮有机物；催化燃烧活性组分为铜锰金属氧化物；氮氧化物选择性还原组分为铜分子筛；催化燃烧活性组分和氮氧化物选择性还原组分机械混合得到具有可选择性处理含氮有机物的复合催化剂；催化燃烧活性组分与氮氧化物选择性还原组分的质量比为1∶1～9。

3、进一步，本发明提供所述催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂，还可以具有这样的特征：其中，所述铜锰金属氧化物采用共沉淀法制备；所述铜分子筛采用固相离子交换法制备。

4、进一步，本发明提供所述催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂，还可以具有这样的特征：其中，所述铜锰金属氧化物的制备方法为：将铜源和锰源溶于去离子水中得到溶液，调节溶液的ph值至碱性得到悬浊液，过滤得到固体，将固体洗涤至中性后干燥煅烧得到铜锰金属氧化物；所述铜源为三水合硝酸铜，锰源为四水合乙酸锰；三水硝酸铜和四水乙酸锰的摩尔比为5～30∶10～40；干燥的温度为90～130℃，时间为5～14h；煅烧的温度为400～650℃，时间为2～8h。

5、进一步，本发明提供所述催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂，还可以具有这样的特征：其中，所述铜分子筛的制备方法包括以下步骤：步骤一、将分子筛进行加热预处理，得到白色粉末；将氯化铜或硝酸铜研磨均匀，得到均匀铜盐颗粒；步骤二、将分子筛和铜盐通过物理研磨进行离子交换，得到固体粉末；步骤三、将步骤二得到的固体粉末进行第一阶段煅烧，得到颜色均匀的固体；再进行第二阶段煅烧，得到铜分子筛。

6、进一步，本发明提供所述催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂，还可以具有这样的特征：其中，所述铜分子筛制备方法的步骤一中，分子筛的硅铝比为15～60∶1，例如zsm-5、y等；加热预处理的温度为400～600℃，煅烧时间为4～8h。

7、进一步，本发明提供所述催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂，还可以具有这样的特征：其中，所述铜分子筛制备方法的步骤二中，铜盐占分子筛和铜盐总质量的百分比为2～20wt％。

8、进一步，本发明提供所述催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂，还可以具有这样的特征：其中，所述铜分子筛制备方法的步骤三中，第一阶段煅烧的温度为150～400℃，时间为1～3h；第二阶段煅烧的温度为350～600℃，时间为3～5h。

9、本发明还提供所述催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂的制备方法，具有这样的特征：将所述催化燃烧活性组分和氮氧化物选择性还原组分置于摇床中进行机械物理混匀，即得到所述催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂。

10、本发明还提供所述催化剂在催化燃烧含氮有机废气中的应用。

11、进一步，本发明提供所述催化剂在催化燃烧含氮有机废气中的应用，还可以具有这样的特征：向固定床反应器加入所述催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂，通入待处理的含氮有机废气，于175～325℃进行催化燃烧。

12、本发明的有益效果在于：本发明提供一种催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂及其制备方法和应用，将vocs催化氧化及氮氧化物还原技术相结合，制备一种同时含有含氮有机物氧化活性组分及对含氮有机物还原活性组分的复合催化剂，在催化燃烧同时实现nox催化还原，提高反应的n2选择性，可有效解决工业vocs治理领域含氮有机废气催化燃烧过程nox超标的问题。

13、具体的，采用复合型催化剂不仅能在较低温度下对含氮有机物进行催化燃烧降解，而且在不需要加入外源还原剂的前提下，利用有机物本身对氮氧化物进行催化还原。其中铜锰金属氧化物的主要作用是对含氮有机物进行催化燃烧，铜分子筛催化剂的主要作用是进行催化还原。燃烧过程中，铜锰金属氧化物首先吸附含氮有机物，在氧空位的作用下，对含氮有机物进行氧化分解，在一定温度窗口内，由于铜分子筛(主要是亚铜离子)的存在，其与铜锰金属氧化物相互作用，在催化燃烧的过程中形成了具有还原性的物质如co、碳氢化物或一部分未完全燃烧的有机物，而这部分物质在分子筛上与亚铜离子相互协同，在催化燃烧过程中与所产生的氮氧化物反应，将氮氧化物还原成氮气，还原过程中这部分还原性物质会被充分利用与亚铜离子共同还原，反应后尾气只剩下二氧化碳、水和氮气；同时正因为这部分还原性物质的存在，提高了亚铜离子的耐用性，进一步提升了催化剂的使用寿命。同时，考虑到分子筛硅铝比、分子筛粒径大小、铜盐交换量以及温度窗口的不同，并不是随便一种金属氧化物与铜分子筛复合后都能实现该效果，本发明催化剂金属氧化物是铜锰两种不同金属复合的金属氧化物，且这两种金属存在强相互作用力，与分子筛中的亚铜离子之间有协同作用效果。本发明复合型催化剂的催化性能高，使用寿命长，彻底解决了氮氧化物超标问题，投资运行费用低。

14、此外，采用改进的固相研磨方法制备了以游离亚铜离子形式存在的含铜分子筛催化剂，对含氮有机废气燃烧过程中产生的氮氧化物选择性还原性能优异，改进的固相法相对于常规固相法而言，对于催化剂粒径没有要求，升温控制窗口比较大，在实际生成中节约了大量成本，操作简单，利于大批量生产。

技术特征：

1.一种催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂，其特征在于：

8.如权利要求1-7任意一项所述的催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂的制备方法，其特征在于：

9.如权利要求1-7任意一项所述的催化剂在催化燃烧含氮有机废气中的应用。

10.根据权利要求9所述的催化剂在催化燃烧含氮有机废气中的应用，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种催化燃烧选择性还原含氮有机物催化剂及其制备方法和应用，属于大气污染治理领域，所述催化剂是由催化燃烧活性组分和氮氧化物选择性还原组分组成的复合型催化剂，用于催化燃烧选择性还原含氮有机物；催化燃烧活性组分为铜锰金属氧化物；氮氧化物选择性还原组分为铜分子筛；催化燃烧活性组分和氮氧化物选择性还原组分机械混合得到具有可选择性处理含氮有机物的复合催化剂。本发明能够有效解决常规VOCs催化剂在处理含氮有机物废气时氮氧化物副产物超标的问题，适用于制革行业、PRA膜、PU手套、锂电池等行业的含氮有机废气处理。

技术研发人员：徐遵主,唐靖,郑寿荣,鲍世东,张纪文,顾阳
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15