一种用于中温同时脱除氮氧化物和一氧化碳的催化剂及其制备方法

本发明涉及一种用于烟气污染物脱除的催化剂，具体涉及一种用于同时脱除生物质燃烧烟气中nox和co的催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、生物质是一种绿色、可再生的清洁能源，相较于传统的化石燃料具有低碳、污染小等优势。生物质燃烧烟气的组分主要包括nox(100～500ppm)、co(200～1000ppm)、o2(5％～12％)和co2(3％～10％)等气体，开发高效的生物质烟气末端治理可在污染物脱除的同时实现负碳排放。

2、生物质烟气等中低温烟气中同时含有nox和co多种污染物。目前，对于nox的去除已有大量研究基础，其中氨气选择性催化还原(nh3-scr)技术是以nh3为还原剂将nox转化为清洁的n2，其转化效率较高、无二次污染，被广泛应用于工业烟气脱硝。目前比较成熟的商用催化剂为钒钛系催化剂如v2o5-wo3/tio2，主要是将v2o5-wo3负载在tio2上制成，但是其工作温度窗口较高一般为300～450℃。另外，在co存在时，理想状态下，可以利用co为还原剂通过co-scr反应实现co和nox的同步脱除。但是，反应气体中还存在一定浓度的o2，co在发生co-scr反应前会被o2氧化为co2，从而抑制co-scr反应的发生。因此，开发在中温富氧条件下，用于nox和co同时脱除的新型催化剂对于烟气减污降碳具有重要的研究价值和现实意义。

3、对于多污染物同时脱除的催化剂，通常包含两种以上活性组分，常规的负载型催化剂表现出一定的局限性：过低的负载量会由于活性位点不足达不到高效的催化活性，而过高的负载量会导致活性位点的聚集和覆盖，因此双组分高度分散催化剂的构造被认为是解决该局限的有效途径之一。

4、综上所述，开发高活性的催化剂是实现烟气中多污染物高效去除的关键。在混合金属氧化物催化剂中，金属之间可以通过电子效应和结构效应提升材料的催化性能。铜和钒通常被认为是高效的nh3-scr活性组分，大量研究者通过在al2o3上负载cuo或以wo3/tio2等金属氧化物为载体负载v2o5，利用活性组分之间协同作用提升催化活性与稳定性。同时大量报道也证实了cu对于co催化氧化为co2的反应过程同样具有优异的催化活性。基于以上，本技术结合类水滑石材料层间阴离子的可调控特性，以偏钒酸根插层替代传统的v2o5负载，改变活性组分钒的引入方式，合成了层板含有铜、铝，层间含有钒的类水滑石前驱体，通过高温煅烧得到的催化剂可使钒原子掺杂在cuo中，提高钒在氧化物上的分散度，从而提高催化剂的反应活性。并优化得到不同于传统铜基和钒基催化剂的反应温度窗口，使催化剂在中温工作窗口保持较高的催化活性和稳定性。

技术实现思路

1、针对传统钒负载型催化剂的局限性，本发明提供了一种可在富氧条件下同时脱除氮氧化物(包括no2和no)和一氧化碳的催化剂及其制备方法，提升了活性组分的分散度以及催化活性。具有脱除效率高、温度窗口适宜、制备方法简单、易于工业化应用等特点。

2、为达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

3、一方面，本发明提供了一种中温同时去除nox和co的铜基催化剂，其化学组成为cuwalxvyoz，且钒原子掺杂在cuo中，其中x、y、z分别为cu、v、o在催化剂中的摩尔分数，y/x为1～5，w/x为1～4。

4、所述的催化剂，该催化剂同时含有cu2+，al3+，v5+，活性组分为铜、钒的氧化物，载体为铝的氧化物。

5、所述的催化剂，实现nox和co同时脱除的温度区间为170～350℃，优选的温度区间为200～300℃，更优选的温度为220～270℃。

6、作为本发明优选地技术方案，cuwalxvyoz中x＝1，y/x为3～5，w/x为4。

7、另一方面，本发明提供了一种中温同时去除nox和co的铜基催化剂的制备方法，其制备方法包括以下步骤：(1)将铜盐、铝盐以及偏钒酸盐混合配成前驱体溶液；(2)将前驱体溶液加到碱性溶液中得到混合溶液，并控制混合溶液的ph值，将混合溶液老化；(3)采用有机溶剂对老化后的混合溶液进行洗涤、干燥后得到含有cu、v和al的类水滑石前驱体；(4)将得到的类水滑石前驱体材料高温煅烧，得到所述的用于中温nox和co同时脱除的铜基催化剂。

8、所述的制备方法，其步骤(1)中优选地铜盐为硝酸铜，铝盐为硝酸铝，偏钒酸盐为偏钒酸钠或偏钒酸铵。

9、所述的制备方法，其步骤(2)中优选地碱溶液为氢氧化钠，浓度为1～4mol/l，混合溶液的ph值为9.5～10.5范围内。

10、所述的制备方法，其步骤(2)中在隔绝空气优选曝氮气、80℃的条件下进行，老化时间大于2小时。

11、所述的制备方法，其步骤(3)中优选地有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮等。

12、所述的制备方法，其步骤(4)中优选地煅烧时间为350～450℃，煅烧时间为3～5小时。

技术特征：

1.一种偏钒酸根插层cu基类水滑石衍生混合金属氧化物催化剂，其化学组成为cuwalxvyoz，且钒原子掺杂在cuo中，其中w、x、y、z分别为cu、al、v、o在催化剂中的摩尔分数，y/x为1～5，w/x为1～4。

2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，催化剂同时含有cu2+、v5+、和al3+，且钒原子掺杂在cuo中；

3.根据权利要求1所述催化剂的制备方法，其特征在于，(1)采用铜盐、铝盐以及偏钒酸盐为合成原料；(2)采用共沉淀方法，在合成过程中用氢氧化钠溶液维持体系ph；(3)老化后将溶液洗涤至中性并在有机溶剂中分散得到偏钒酸根插层铜铝类水滑石前驱体；(4)将类水滑石前驱体在高温下煅烧，得到催化剂。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将偏钒酸盐溶液滴入铜盐和铝盐的混合液中；

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，采用碱溶液使步骤(2)中混合液的ph值控制在8～12范围内；

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述进行洗涤的过程具体为：在抽滤的条件下，用去离子水反复洗涤混合溶液至滤液ph值为中性，将获得的滤饼置于盛有乙醇的容器中，在室温的条件下充分搅拌后进行抽滤，并用乙醇洗涤2～3次；或在离心的条件下，用去离子水反复洗涤混合溶液至滤液ph值为中性，在采用有机溶剂离心数次；

7.根据权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)在隔绝空气优选曝氮气；

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中高温煅烧气氛为空气气氛，煅烧温度为300～500℃；

9.一种权利要求1所述催化剂的应用，氮氧化物的脱除采用nh3-scr技术，一氧化碳通过反应体系中的o2将其氧化为co2，其协同脱除nox与co的温度区间为170～350℃；

技术总结
本发明公开了一种用于中温条件下氮氧化物与一氧化碳同时脱除的铜基催化剂及其制备方法，所述催化剂以偏钒酸根插层铜铝类水滑石为前驱体，通过高温煅烧制备得到。其化学组成为Cu<subgt;w</subgt;Al<subgt;x</subgt;V<subgt;y</subgt;O<subgt;z</subgt;，且钒原子掺杂在CuO中，其中w、x、y、z分别为Cu、Al、V、O在催化剂中的摩尔分数，y/x为1～5，w/x为1～4。该催化剂能够在中温条件下高效催化还原氮氧化物，同时催化氧化烟气中的一氧化碳，适用于生物质等烟气中NO<subgt;x</subgt;和CO的同时脱除。

技术研发人员：王强,苏丽瑶,高艳珊,桂蓉蓉
受保护的技术使用者：北京林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5