專利名稱：微波催化凈化氮氧化物的新型催化劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脫除氮氧化物的催化劑和制備方法，以及其在微波輔助催化的作用下對(duì)氮氧化物凈化的方法。
背景技術(shù)：
環(huán)境污染和防治一直是各個(gè)國(guó)家關(guān)注的焦點(diǎn)，氮氧化物是造成大氣污染的主要污染源之一，因其難于被有效去除而備受討論和研究。催化脫除氮氧化物被公認(rèn)為是目前最有研究?jī)r(jià)值，最有發(fā)展前景的凈化方法；而微波對(duì)化學(xué)反應(yīng)有明顯的輔助催化作用，將兩者結(jié)合運(yùn)用，將被吸附在催化劑表面上的氮氧化物和氧氣分子在微波場(chǎng)下被激化成活性物質(zhì)(電子，正負(fù)離子或自由基)，并重新組合——分解或被氧化，從而達(dá)到氮氧化物脫除的目的和效果。
利用電暈放電等離子體法脫除氮氧化物在國(guó)內(nèi)外已有很多報(bào)道。其缺點(diǎn)是投資大，能源利用率低，運(yùn)行成本高，且與催化劑一同使用時(shí)效果不好。
微波放電與電暈放電相比較，優(yōu)點(diǎn)是微波加熱屬于內(nèi)加熱的方法，溫度提升快、無溫度梯度且能源利用率高，運(yùn)行成本低。
近年來，微波催化取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)微波催化凈化氮氧化物的研究報(bào)道也逐年增加。國(guó)內(nèi)率先開展微波催化研究的中科院大連化學(xué)物理研究所研究開發(fā)了多種催化劑和催化裝置，并發(fā)表了多項(xiàng)專利。申請(qǐng)?zhí)枮?8114335.0的專利中講述的催化劑由負(fù)載活性組分銦的分子篩和具有吸波性質(zhì)的氧化鐵組成，在有大量氧氣存在的氣氛中，以甲烷為還原劑，一氧化氮被還原成氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率達(dá)到100％。中國(guó)發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)枮?0136248.8)中敘述的催化劑是以多孔蜂窩陶瓷為基質(zhì)和含貴金屬或其氧化物的高比面的氧化鋁為涂層構(gòu)成，在微波場(chǎng)作用下，當(dāng)溫度達(dá)到400℃以上時(shí)，NO轉(zhuǎn)換率達(dá)到90％以上。
上述專利中所用的催化劑都含有貴金屬或稀有金屬，原料成本高昂，制備工藝要求繁瑣、周期較長(zhǎng)，從而限制了其在大規(guī)模工業(yè)化中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微波催化凈化氮氧化物的新型催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
本發(fā)明的氮氧化物凈化催化劑，以具有吸收微波性能的二氧化錳為活性組分，以氧化鋁為載體，其中二氧化錳與氧化鋁重量比為1∶4～1∶30；本發(fā)明的催化劑的制備方法包括如下步驟將二氧化錳、氧化鋁和水混合研磨(水的加入量為二氧化錳和氧化鋁總重量的5～15％)，然后壓片(壓強(qiáng)為40～80Mpa)，風(fēng)干(時(shí)間為3～5小時(shí))，再粉碎成10-20目的顆粒，于120～140℃下烘2～5小時(shí)，即獲得本發(fā)明的催化劑；或采用如下的方法制備先將重量濃度為30～70％的硝酸錳溶液與氧化鋁混合研磨，靜置1～3小時(shí)，壓片成型(壓強(qiáng)為40～80Mpa)，風(fēng)干(時(shí)間為3～5小時(shí))，然后在200～230℃下烘2～5小時(shí)，待顏色變黑后，在400～1000℃下焙燒8～12小時(shí)，粉碎，即得本發(fā)明的催化劑。
本發(fā)明的催化劑可用于在微波的輔助催化作用下對(duì)氮氧化物的凈化。微波頻率為2450±50MHz，微波功率為330W～390W。
本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵是開發(fā)出一種新型的混合催化劑，其中的二氧化錳是能穩(wěn)定且強(qiáng)烈吸收微波的物質(zhì)，其在凈化氮氧化物的化學(xué)反應(yīng)中具有較強(qiáng)的催化活性；而氧化鋁是具有巨大比表面積的載體物質(zhì)，將兩者加工成一種新型的催化劑，使吸附在催化劑表面上的氮氧化物在微波場(chǎng)下被激發(fā)分解或氧化，從而起到凈化的效果。
本發(fā)明微波凈化氮氧化物的原理是吸附在催化劑表面上的氮氧化物和氧氣分子在微波場(chǎng)下被激化成活性物質(zhì)(電子，正負(fù)離子或自由基)，它們之間互相碰撞重組，最終氮氧化物被氧化或被分解，達(dá)到脫除氮氧化物的目的。
本發(fā)明的催化劑成本低、制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，具有很高的實(shí)用價(jià)值。


圖1為微波反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)驗(yàn)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要指出的是本實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
實(shí)施例1 催化劑的制備壓片法制備催化劑吸波物質(zhì)二氧化錳為分析純(含量85％)，載體氧化鋁為中性層析用氧化鋁，粒徑為100-200目。稱取一定量的二氧化錳與氧化鋁放入研缽中，加入適量的蒸餾水，充分混合，然后在壓片機(jī)下壓片(壓強(qiáng)為50Mpa)，風(fēng)干3小時(shí)，再粉碎成10-20目的顆粒，于120℃下烘3小時(shí)，樣品取出備用。
浸漬法制備催化劑溶液為50％硝酸錳溶液(硝酸錳為分析純)，載體氧化鋁同上。稱取一定量的氧化鋁和硝酸錳溶液，在研缽中充分混合，滲透均勻，靜置2小時(shí)，在壓片機(jī)下壓片成型(壓強(qiáng)為50Mpa)，風(fēng)干3小時(shí)，然后轉(zhuǎn)入干燥箱中在210℃下烘3小時(shí)，待顏色變黑后，此時(shí)再置于焙燒爐在500℃下燒10小時(shí)，敲碎，篩分出10-20目的顆粒，備用。
實(shí)施例2使用壓片法制得的催化劑，采用圖1的石英管反應(yīng)器在微波場(chǎng)下對(duì)氮氧化物進(jìn)行脫除。
實(shí)例中氣氛為NO 500ppm、O210％、其余為N2，空速1500h-1；石英管反應(yīng)器內(nèi)徑為2.5cm，高為25cm，下端設(shè)有孔徑為50目的玻璃篩，管內(nèi)部有一根內(nèi)徑為5mm的封閉的石英管伸到反應(yīng)器外部，用于放置熱電偶以測(cè)量催化劑層溫度。將制備好的催化劑顆粒置于玻璃篩上，將氣體通入反應(yīng)器，開啟微波，微波功率由調(diào)壓器控制，氣體成分由英國(guó)kane公司制造的KM900煙氣成分分析儀測(cè)得。
表1 壓片法催化劑對(duì)NO的脫除

注氣體濃度單位為ppm，α為脫除率，微波頻率為2450±50MHz，調(diào)壓器功率為370W。
實(shí)施例3使用浸漬法制得的催化劑，研究其在微波場(chǎng)下對(duì)氮氧化物脫除。
試驗(yàn)裝置如實(shí)施例2。實(shí)例中氣氛為NO 500ppm、O210％、其余為N2，空速1500h-1。
表2 浸漬法催化劑對(duì)NO的脫除

注氣體濃度單位為ppm，α為脫除率，調(diào)壓器功率為370W。微波頻率為2450±50MHz。
實(shí)施例4采用浸漬法制得的不同配比的催化劑，研究其在微波場(chǎng)下對(duì)氮氧化物的反應(yīng)活性。
表3不同配比的催化劑微波催化反應(yīng)活性

注進(jìn)口NO 500ppm、O210％、其余為N2，空速1500h-1，調(diào)壓器功率為370W，脫除率為300℃下測(cè)得。微波頻率為2450±50MHz。
權(quán)利要求
1.一種氮氧化物凈化催化劑，以具有吸收微波性能的二氧化錳為活性組分，以具有高比表面積的氧化鋁為載體，其特征在于所用催化劑中二氧化錳與氧化鋁重量比為1∶4～1∶30。
2.按照權(quán)利要求1所述的氮氧化物凈化催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟先將二氧化錳、氧化鋁和水混合研磨，然后將其壓片(壓強(qiáng)為40～80Mpa)，風(fēng)干(時(shí)間為3～5小時(shí))，粉碎成10-20目的顆粒后，再于120～140℃下烘2～5小時(shí)，即獲得本發(fā)明的催化劑；或采用如下的方法制備將重量濃度為30～70％的硝酸錳溶液與氧化鋁混合研磨，靜置1～3小時(shí)，壓片成型(壓強(qiáng)為40～80Mpa)，風(fēng)干(時(shí)間為3～5小時(shí))，然后在200～230℃下烘2～5小時(shí)，待顏色變黑后，在400～1000℃下焙燒8～12小時(shí)，再經(jīng)粉碎，即可得到本發(fā)明的催化劑。
3.一種脫除氮氧化物的方法，其特征在于所用的催化劑為權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的氮氧化物凈化催化劑，通過其在微波的輔助催化作用下對(duì)氮氧化物凈化。
4.按照權(quán)利要求3所述的脫除氮氧化物的方法，其特征在于微波頻率為2450±50MHz，微波功率為330W～390W。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以二氧化錳為活性組分、以氧化鋁為載體制備而成的新型催化劑及其在微波場(chǎng)下對(duì)氮氧化物凈化的方法。鑒于微波對(duì)化學(xué)反應(yīng)有強(qiáng)的輔助催化效應(yīng)，通過偶合它與本催化劑較強(qiáng)的催化活性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氮氧化物顯著的脫除效果，脫除率可達(dá)到90％以上。該類型催化劑制備工藝簡(jiǎn)單，制備周期短，在微波場(chǎng)下不會(huì)失活，具有很高的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)B01D53/86GK1736558SQ20051002796
公開日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月21日
發(fā)明者徐云龍, 錢秀珍, 徐小全, 許東海, 吳春梅 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)