O分解催化剂,其制备方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种N2O分解催化剂，尤其涉及一种抗0)2和SO 2杂质的催化剂及其制 备方法和应用，属于环境保护催化材料和大气污染治理技术领域。
【背景技术】
[0002] N2O俗称为笑气。它在硝酸、己二酸生产工程中大量产生。在氮氧化物的烃选择催 化还原（HC-SCR)和氢选择催化还原（H 2-SCR)过程中，也会由于相应催化剂的选择性不高 而产生大量的N20。N2O是一种远比N0 x毒性更强和远比CO 2和CH 4温室效应更强的气体，为 保护大气环境，必须将上述过程中产生的N2O有效消除。
[0003] 有效消除上述尾气中N2O的方法之一是将上述尾气提高到250-600°C使其中的N 2O 在催化剂的作用下催化分解成无害的氮气和氧气。催化分解N2O的温度，取决于催化剂的 活性。催化剂的活性越高，可有效消除N 2O的温度就可越低，过程耗能就越小。含N2O的工 厂尾气和车载发动机尾气，均含有较高浓度的O 2、H2O蒸汽、CO2，以及一定浓度的SO2、NO、NO 2 等杂质气体。这些杂质气体都不同程度地使N2O分解催化剂的活性大幅度降低。因此，这不 仅要求实际用于N 2O分解消除的催化剂活性较高，还要求相应催化剂在催化稳定性上对02、 H2O蒸汽、CO2，以及SO2、N0、腸2具有较强的抵抗作用。
[0004] 目前研宄报道的N2O分解消除催化剂主要有贵金属催化剂、分子筛类催化剂和过 渡金属氧化物催化剂。
[0005] 贵金属催化剂具有优良的低温催化分解反应活性，但其高昂的成本限制了它的工 业应用。
[0006] 分子筛类催化剂以Cu、Co、Fe交换的ZSM-5、FER等分子筛的活性相对较好，但该 类催化剂与贵金属催化剂、金属氧化物催化剂相比，活性较差。
[0007] 过渡金属氧化物催化剂，其主要活性组分是Co的氧化物、Cu的氧化物和Ni的氧 化物，或它们之间以不同比例组合所形成的氧化物固溶体、混合氧化物，或它们之间形成的 尖晶石、钙钛矿型复合物。对于这些过渡金属氧化物和它们间的混合物、复合物，已有较多 的助剂被研宄报道可以提高其N 2O分解消除催化活性。
[0008] 喊金属 K 作为助剂（K. Asano et al.，Applied Catalysis B:Environmental 78, 2008:242 - 249)、喊金属 Cs 作为助剂（N. Pasha et al.，Catalysis Communications 10, 2008:132 - 136)均被报道可以显著提高Co氧化物的N2O分解催化活性，但用碱金属助 剂修饰的Co氧化物所得催化剂是否耐C0 2、SO2尚未见研宄报道。
[0009] Ce 作为 Co 氧化物的助剂（Li Xue et al.，Applied Catalysis B:Environmental 752007:167 - 174)，也被研宄报道可以显著提高Co氧化物的N2O分解催化活性，但用碱金 属氧化物修饰的Co氧化物所得催化剂是否耐0) 2和SO2也未见研宄报道。
[0010] 专利CN 102513117研宄公开了采用络合法制备的CuxCei_x0 y催化剂用于N2O分解 催化消除，但相应催化剂是否耐C02、SO 2也未见报道。
[0011] 专利CN101765460研宄公开了在ZrO2中掺杂La、Ce、Pr、Ti、Al等元素所得催化 剂用于N 2O分解催化消除，专利CN 103506129A研宄公开了在多种载体上担载Cu、Zn、Ni的 复合氧化物后再担载Ba、Ca、Mg、Y、Cr、Mo、Co、La、Pr或Nd中的一种元素所得催化剂用于 N2O分解催化消除，但这些催化剂完全分解N2O的温度均高于600°C。
[0012] 专利CN 103263928 A研宄公开了 Ni、La复合金属氧化物经碱土金属、过渡金属或 稀土元素修饰后所得催化剂用于N2O分解催化消除，但相应催化剂是否耐C0 2、S02&未见研 宄报道。
[0013] 专利CN 103877989 A研宄公开了碱金属修饰的Co、Mn二元金属氧化物催化剂用 于N2O分解催化消除，催化剂完全分解N 2O的温度均高于400°C，且催化剂是否耐C02、S02& 未见研宄报道。
[0014] 迄今为止，还没有用Pb修饰Co氧化物作为催化剂用于N2O分解催化消除的研宄 报道，更没有该类催化剂对〇) 2和SO 2杂质耐受性的研宄报道。
【发明内容】
[0015] 为解决现有技术中存在的N2O分解催化剂抗0)2和SO 2杂质性能不佳的问题，本发 明提供一种N2O分解催化剂，不仅对N2O催化分解有高活性，且在催化N 2O分解过程中对于 C02、SO2等杂质气体有较强的耐受性，并且可在较低温度（300°C附近）下运行。
[0016] 本发明的技术目的通过以下技术方案实现：
[0017] -种Pb修饰Co氧化物基体的N2O分解催化剂，所述催化剂为PbO和Co氧化物基 体的复合物，所述催化剂中PbO的质量百分含量为2. 7wt. %~21. 7wt. %。
[0018] 进一步地，所述Co氧化物基体为Co氧化物，或Co氧化物与选自碱土金属、过渡金 属的氧化物、氢氧化物、碳酸盐或硫酸盐中的至少一种的复合物。
[0019] 进一步地，所述Co氧化物基体优选为Co氧化物与Cu的氧化物、Ni的氧化物中的 至少一种的复合物。
[0020] 进一步地，所述Co氧化物基体还优选为Co氧化物与Mg、Ca、Ba的氧化物、氢氧化 物、碳酸盐或硫酸盐中的至少一种的复合物。
[0021] 进一步地，所述Co氧化物基体中Co氧化物的质量百分含量多50%。
[0022] 进一步地，作为更优选的技术方案，所述催化剂中PbO的质量百分含量为 5. Owt. % ~14. 3wt. %。
[0023] 本发明的另一技术目的在于提供以上催化剂的制备方法：
[0024] 本发明所述催化剂的制备方法之一，以碱金属的碳酸盐、碱金属的氢氧化物、碳酸 铵、碳酸氢铵或氢氧化铵中的至少一种为共沉淀剂，与各组分的金属盐溶液混合，以共沉淀 法制备得到固体，干燥，煅烧。
[0025] 本发明所述催化剂的制备方法之二，以Pb的可溶盐溶液浸渍所述Co氧化物基体， 干燥，煅烧。
[0026] 本发明另提供一种蜂窝型催化剂，将以上所述催化剂与粘结剂混合，挤压成蜂窝 型，干燥，煅烧。所述粘结剂为本领域常用的无机粘结剂，如硅溶胶、薄水铝石、11〇 2溶胶等。
[0027] 本发明还提供一种负载型催化剂，将以上所述催化剂负载至蜂窝型载体上。
[0028] 进一步地，将所述催化剂负载至催化剂载体上后，PbO的质量百分含量为 0. 4wt. % ~7wt. %。
[0029] 本发明所述Pb修饰Co氧化物基体的N2O分解催化剂、蜂窝型催化剂或负载型催 化剂可应用于催化分解N 2O反应。其中所述Pb修饰Co氧化物基体的N2O分解催化剂应用 于N2O催化分解时制成催化剂领域常规的催化剂形状，如条状、球形或片状等催化剂领域可 接受的催化剂形状。
[0030] 本发明的有益效果：
[0031 ] (1)本发明的Pb修饰Co氧化物基体的N2O分解催化剂，不仅对N2O催化分解有高 活性，且在催化N2O分解过程中对于C02、502等杂质气体有较强的耐受性；
[0032] (2)本发明的Pb修饰Co氧化物基体的N2O分解催化剂，可在较低温度（300°C附 近）下运行，仍能保持较高的催化剂活性。
【附图说明】
[0033] 图1.实施例1、4和对比例6制备的催化剂的XRD图谱。
【具体实施方式】
[0034] 下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以 任何方式限制本发明。
[0035] 实施例1
[0036] 将 0· 40 克 Pb (NO3) 2和 8. 73 克 Co (NO 3) 2 ·6Η20 混溶于 40°C 的 150mL 蒸馏水中。在 该温度和强烈搅拌下向该混合液中滴加〇. 5M相同温度的Na2CO3溶液至pH = 9. 3后，停止 加入Na2CO3溶液，继续搅拌两小时。然后将所得沉淀物抽滤分离，用蒸馏水反复洗涤沉淀物 抽滤直至滤液为中性。最后将滤饼在ll〇°C烘干4小时，在空气中500°C煅烧3小时。最后 将所得粉末固体物压片筛分为20~40目，得S(I)催化剂，Pb含量以PbO计的质量百分数 为 IOwt. %。
[0037] 实施例2
[0038] 重复实施例1，但用0· 10克Pb (NO3)2代替实施例1中的0.40克Pb (NO3)2，得S (2) 催化剂。其Pb含量以PbO计的质量百分数为2. 7wt. %。
[0039] 实施例3
[0040] 重复实施例1，但用0.30克Pb (NO3)2代替实施例1中的0.40克Pb (NO3)2，得S (3) 催化剂。其Pb含量以PbO计的质量百分数为7. 7wt. %。
[0041] 实施例4
[0042] 重复实施例1，但用0.60克Pb (NO3)2代替实施例1中的0.40克Pb (NO3)2，得S (4) 催化剂。其Pb含量以PbO计的质量百分数为14. 3wt. %。
[0043] 实施例5
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