專利名稱：：低溫氨選擇性催化氧化催化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于消除工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通以及建筑等過程中產(chǎn)生的氨氣污染，將氨選擇性催化氧化成無污染的氮氣和水的催化劑。該氧化催化劑在160°C以上時對氨的轉(zhuǎn)化率達到100%，氮氣選擇性接近80%，可以有效降低消除氨氣污染過程中的能耗。
背景技術(shù)：
：氨氣污染的來源比較廣泛，包括工業(yè)來源(液氨生產(chǎn)過程中的尾氣排放、氨選擇性還原氮氧化物反應(yīng)的氨泄露)；農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)來源；以及建筑業(yè)施工中添加的混凝土外加劑、木質(zhì)板材、室內(nèi)裝飾材料、人和動物代謝物等導(dǎo)致的室內(nèi)氨氣污染等等。室內(nèi)較低濃度的氨氣就會對人體的健康產(chǎn)生危害，刺激人體的眼睛、鼻黏膜等部位。而氨氣被氧化后又會產(chǎn)生NO、N20、N02等污染物，導(dǎo)致形成酸雨，引起大氣污染及溫室效應(yīng)。研究氨氣污染的凈化技術(shù)已經(jīng)普遍引起了人們的關(guān)注。目前消除氨氣污染的技術(shù)主要有吸附劑吸附、吸收、淋洗、高溫燃燒焚化、催化分解以及選擇性催化氧化氨生成氮氣和水。吸附劑吸附、吸收方法操作比較簡單，但吸附劑需定期更換，易產(chǎn)生二次污染。淋洗技術(shù)的凈化效率則較低。高溫燃燒焚化技術(shù)需要在高溫燃燒，能耗較高且易生成氮氧化物等污染物。催化分解技術(shù)不易產(chǎn)生二次污染，但催化分解需要的溫度窗口偏高，能耗也較高。氨選擇性催化氧化技術(shù)是利用催化劑將氨選擇性催化氧化成無污染的氮氣和水。目前常用的催化劑體系主要有以下三大類貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑以及離子交換沸石型催化劑。貴金屬催化劑的溫度窗口較低，但制備成本較高而且選擇性不好，易產(chǎn)生N20副產(chǎn)物。金屬氧化物催化劑和離子交換沸石型催化劑的選擇性相對較好，但溫度窗口偏高。因此，開發(fā)成本低廉、低溫催化效率高、選擇性好的氨氧化催化劑是非常必要的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種針對消除工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通以及建筑業(yè)等來源的氨氣污染的低溫活性好、選擇性高的氨選擇性氧化催化劑，實現(xiàn)低溫、低能耗、高效處理氨污染，將氨選擇性催化氧化成無污染的氮氣和水。所提供的催化劑，在160°C以上溫度對氨的轉(zhuǎn)化率達到100%,氮氣選擇性接近80%，比文獻報道的貴金屬鉑、銥等催化劑的低溫活性都好，達到可以在較低溫度下完全消除氨的目的。本發(fā)明的催化劑由活性組分銀、助劑組分鈰和多孔性無機氧化物載體三部分組成。該催化劑使用銀為活性組分，銀組分在載體上按金屬元素重量換算計的負載量是1-15%，其活性物種是單質(zhì)銀、氧化銀、硫酸銀、磷酸銀、氯化銀其中的一種或一種以上的混合物；添加助劑組分鈰可以促進提高低溫活性，按金屬元素重量換算計的5-50%的鈰組分與銀組分同時負載在無機氧化物載體上；無機氧化物是二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鋯、氧化鑭、氧化鋅、二氧化鈦其中的一種或一種以上氧化物的混合物。本發(fā)明的催化劑采用浸漬法或沉淀法或溶膠-凝膠法制備。按照本發(fā)明，銀組分可通過將一定濃度銀的可溶性化合物的水溶液，與一定濃度鈰的可溶性化合物的水溶液同時或以任何先后順序負載在前述的無機氧化物載體上。例如，選用浸漬法，將無機氧化物粉末載體在不斷攪拌下緩慢倒入一定濃度的硝酸銀及硝酸鈰的水溶液中，攪拌1-5小時，在80-120'C干燥，空氣或氮氣或氫氣條件下，于馬弗爐400-1000。C焙燒3-72小時。本發(fā)明制備過程簡單，操作方便。同現(xiàn)有的氨氧化催化劑相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)本發(fā)明的催化劑選用銀為活性成分，制備原料相對貴金屬鉑、銥等低廉易得，制備方法簡單。(2)本發(fā)明的催化劑在160°C以上溫度對氨的轉(zhuǎn)化率達到100%，氮氣選擇性接近80%，比貴金屬鉑、銥等催化劑的低溫活性更好。(3)本發(fā)明的催化劑將活性組分銀與助劑組分鈰共同負載于載體表面上，鈰的添加提高了催化劑的低溫氧化活性，優(yōu)于單獨將銀負載于無機氧化物載體上的催化劑的低溫活性。(4)本發(fā)明的催化劑在富氧條件下，160°C可以實現(xiàn)氨的轉(zhuǎn)化率接近100%，且在該溫度下的活性保持穩(wěn)定。具體實施例方式為了更清楚地說明本發(fā)明，列舉以下實施例，但其對本發(fā)明的使用范圍無任何限制。實施例1取100克Y-三氧化二鋁粉末載體(比表面積250平方米/克)，在不斷攪拌下緩慢倒入500毫升溶解了15.75克硝酸銀及30.97克硝酸鈰的水溶液中。攪拌1小時后，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干水分，120。C烘干過夜。將烘干后的催化劑在空氣氣氛中，以icn:每分鐘的升溫速度，從室溫升溫到600。C，在600°<:焙燒3小時。過篩為20~40目顆粒備用，即制得實施例l的催化劑。制備得到化學(xué)組成為10。/。Ag/10。/。Ce/Al2O3的氧化催化劑。實施例2取IOO克Y-三氧化二鋁粉末載體(比表面積250平方米/克)，在不斷攪拌下緩慢倒入500毫升溶解了15.75克硝酸銀的水溶液中。攪拌1小時后，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干水分，12(TC烘干過夜。將烘干后的催化劑在空氣氣氛中，以10。C每分鐘的升溫速度，從室溫升溫到600QC，在60(TC焙燒3小時。過篩為2040目顆粒備用，即制得實施例2的催化劑。制備得到化學(xué)組成為10。/。Ag/Al203的氧化催化劑。實施例3稱取0.2克實施例1的催化劑放置于管式固定床反應(yīng)器中反應(yīng)。反應(yīng)氣體為模擬工業(yè)氨氣污染廢氣。氣體組成混合氣體總流量為200毫升每分鐘，其中，氧氣10%，氨500ppm，氮氣為平衡氣體。反應(yīng)空速(GHSV)對催化劑為20,000/小時。反應(yīng)溫度區(qū)間從室溫到220°C。氨及產(chǎn)物濃度利用紅外氣體池進行測定。反應(yīng)結(jié)果表明在100°(3時氨的轉(zhuǎn)化率超過80%;在120。C時，氨的轉(zhuǎn)化率接近100%;在160°C以上溫度時對氨的轉(zhuǎn)化率達到100%。表一10%Ag/10%Ce/Al2O3催化劑活性評價結(jié)果反應(yīng)溫度100120140160180200220/0CNH3轉(zhuǎn)化83.899598.6100100100100率/%N2選擇率37.0537.9247.5449.8954.7159.3860.5對比例1稱取0.2克實施例2的催化劑放置于管式固定床反應(yīng)器中反應(yīng)。反應(yīng)氣體為模擬工業(yè)氨氣污染廢氣。氣體組成混合氣體總流量為200毫升每分鐘，其中，氧氣10%，氨500ppm，氮氣為平衡氣體。反應(yīng)空速(GHSV)對催化劑為20,000/小時。反應(yīng)溫度區(qū)間從室溫到220°C。氨及產(chǎn)物濃度利用紅外氣體池進行測定。反應(yīng)結(jié)果表明在100。C時氨轉(zhuǎn)化率低于25M，比實施例1的催化劑低溫活性要差；在160°C時氨的轉(zhuǎn)化率達到100%，氮氣的選擇性較低。表二10y。Ag/Al2O3催化劑活性評價結(jié)果反應(yīng)溫度100120140160180200220/。cNH3轉(zhuǎn)化23.86098.94100100100100率/%N2選擇率27.5941.4636.0545.9348.5452.858.實施例4取IOO克Y-三氧化二鋁粉末載體(比表面積250平方米/克)，在不斷攪拌下緩慢倒入500毫升溶解了15.75克硝酸銀及46.455克硝酸鈰的水溶液中。攪拌1小時后，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干水分，12(TC烘干過夜。將烘干后的催化劑在空氣氣氛中，以10。C每分鐘的升溫速度，從室溫升溫到600°(:，在600。C焙燒3小時。過篩為20~40目顆粒備用，即制得實施例4的催化劑。制備得到化學(xué)組成為10。/。Ag/15y。Ce/Al203的氧化催化劑。實施例5取100克y-三氧化二鋁粉末載體(比表面積250平方米/克)，在不斷攪拌下緩慢倒入500毫升溶解了15.75克硝酸銀及61.94克硝酸鈰的水溶液中。攪拌1小時后，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干水分，120。C烘干過夜。將烘干后的催化劑在空氣氣氛中，以10。C每分鐘的升溫速度，從室溫升溫到600。C，在600。C焙燒3小時。過篩為20~40目顆粒備用，即制得實施例5的催化劑。制備得到化學(xué)組成為10MAg/20c/。Ce/Al2O3的氧化催化劑。實施例6稱取0.2克實施例4的催化劑放置于管式固定床反應(yīng)器中反應(yīng)。反應(yīng)氣體為模擬工業(yè)氨氣污染廢氣。氣體組成混合氣體總流量為200毫升每分鐘，其中，氧氣10%,氨500ppm,氮氣為平衡氣體。反應(yīng)空速(GHSV)對催化劑為20,000/小時。反應(yīng)溫度區(qū)間從室溫到220°C。氨及產(chǎn)物濃度利用紅外氣體池進行測定。反應(yīng)結(jié)果表明在120°C時氨的轉(zhuǎn)化率超過60%;在160°C以上時，氨的轉(zhuǎn)化率達到100%，較對比例1中催化劑的選擇性有所提高。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例7稱取0.2克實施例5的催化劑放置于管式固定床反應(yīng)器中反應(yīng)。反應(yīng)氣體為模擬工業(yè)氨氣污染廢氣。氣體組成混合氣體總流量為200毫升每分鐘，其中，氧氣10%,氨500ppm，氮氣為平衡氣體。反應(yīng)空速(GHSV)對催化劑為20,000/小時。反應(yīng)溫度區(qū)間從室溫到220°C。氨及產(chǎn)物濃度利用紅外氣體池進行測定。反應(yīng)結(jié)果表明在160°C時氨的轉(zhuǎn)化率超過94%;在200。C以上時，氨的轉(zhuǎn)化率達到100%,氮氣的選擇性超過80%，比對比例1中催化劑的選擇性提高明顯。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1.一種用于消除工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通以及建筑等過程中產(chǎn)生的氨氣污染，將氨氣選擇性催化氧化為氮氣和水的催化劑，其特征在于該催化劑由活性組分銀和助劑組分鈰負載在無機氧化物載體上構(gòu)成。2.如前述權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于活性組分由金屬元素重量換算值計為1-15%的銀負載于無機氧化物載體上，活性物種是單質(zhì)銀、氧化銀、硫酸銀、磷酸銀、氯化銀其中的一種或一種以上的混合物。3.如前述權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于助劑組分由金屬元素重量換算值計為5-50%的鈰負載于無機氧化物載體上，助劑由氧化鈽構(gòu)成。4.如前述權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于無機氧化物是二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鋯、氧化鑭、氧化鋅、二氧化鈦其中的一種或一種以上氧化物的混合物。全文摘要本發(fā)明提供一種低溫氨選擇性氧化催化劑，用于消除工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通以及建筑等過程中產(chǎn)生的氨氣污染，在較低溫度下將氨選擇性催化氧化成無污染的氮氣和水。該氧化催化劑在160℃以上溫度對氨的轉(zhuǎn)化率達到100％，氮氣選擇性接近80％，低溫氧化能力好，催化效率高，穩(wěn)定性高。催化劑由多孔性無機氧化物載體、活性組分銀和助劑組分鈰三部分組成。多孔性無機氧化物載體是二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鋯、氧化鑭、氧化鋅、二氧化鈦其中的一種或一種以上氧化物的混合物；活性組分由按金屬元素重量換算值計為1-15％的銀負載于無機氧化物載體上，助劑組分由按金屬元素重量換算值計為5-50％的鈰與銀組分同時負載于無機氧化物載體上。文檔編號C01B21/02GK101554587SQ200810103870公開日2009年10月14日申請日期2008年4月11日優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日發(fā)明者麗張,張長斌,泓賀申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心