一種催化脫硝的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種催化脫硝的方法，所述方法在微波場中進(jìn)行，且所用催化劑為含鎳的復(fù)合金屬氧化物，所述含鎳的復(fù)合金屬氧化物為Cu-Ni復(fù)合金屬氧化物或Ni-Fe復(fù)合金屬氧化物。優(yōu)選在所述含鎳的復(fù)合金屬氧化物中鎳的摩爾量為1時，銅或鐵的摩爾量為0.4～2.5。本發(fā)明中微波催化直接分解NO反應(yīng)沒有二次污染，而且工藝簡單，操作方便易于控制，NO脫除效率高(NO轉(zhuǎn)化率可達(dá)98.9％)，抗氧性強(qiáng)，操作溫度低，節(jié)能環(huán)保，運(yùn)行成本低。使用本發(fā)明方法處理后的煙氣或廢氣可以直接達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
【專利說明】一種催化脫硝的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及催化脫硝領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合金屬氧化物催化劑催化直接分解NO 脫硝的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 氮氧化物是嚴(yán)重危害人類健康的主要污染物之一，其95%以上成分為NO。據(jù)估 計，2015年我國燃煤電廠NO x排放量將達(dá)到1310萬噸，可見控制NO的排放是極為重要的。 隨著人類生活水平的不斷提高，世界各國都非常重視對含有氮氧化物排放物治理的研宄、 推廣和應(yīng)用。
[0003] NO的直接分解法因具有經(jīng)濟(jì)、不消耗NH3、C0、014等還原劑、不產(chǎn)生二次污染的特 點(diǎn)，被認(rèn)為是最具吸引力的方法。NO分解的反應(yīng)為2N0<~>N 2+02, NO直接分解為隊(duì)和0 2在 熱力學(xué)范圍內(nèi)達(dá)到99%是完全可行的，但是反應(yīng)活化能高達(dá)364KJ/mol，因此研宄NO的分 解實(shí)質(zhì)是探討其動力學(xué)的問題，也即找到該反應(yīng)的合適催化劑和催化方法。
[0004] 大量研宄表明，很多金屬氧化物特別是過渡金屬氧化物催化劑都對NO具有一定 的催化分解活性。相對于貴金屬，金屬氧化物催化劑的價格低廉。但是，通常只有在高溫下 金屬氧化物催化劑才表現(xiàn)出具有直接催化分解NO的活性；而且該種催化劑幾乎都存在強(qiáng) 烈的氧阻礙現(xiàn)象，實(shí)際廢氣中共存的氧氣使NO轉(zhuǎn)化率嚴(yán)重降低。
[0005] 此外，微波能作為一種高效能已經(jīng)得到普遍認(rèn)可。黃卡瑪?shù)热俗隽碎L時間一系列 的研宄，認(rèn)為微波能夠改變分子之間的相互作用，顯著提高某些化學(xué)反應(yīng)的速度和改變反 應(yīng)的機(jī)制。魏在山以Fe/Ga-5A作催化劑和NH 4HOMt還原劑在微波催化下選擇還原脫除 N0。張濤等人利用微波放電來處理NO(無催化劑），取得了很好的效果。唐軍旺在微波加熱 模式和常規(guī)加熱模式下，用Fe/ZSM-5催化劑進(jìn)行脫硝研宄，結(jié)果表明微波加熱能讓本來不 能催化分解的反應(yīng)確實(shí)發(fā)生了，并且NO達(dá)到70 %的轉(zhuǎn)化率。
[0006] 上述研宄雖然都很多，但是從公開的資料來看，最好的NO轉(zhuǎn)化率為70%左右，脫 除率不高；且受廢氣中氧含量影響大，在氧含量較大時此方法達(dá)不到脫除要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的NO脫除率不高，工藝比較復(fù)雜的問題，本發(fā)明提供一 種工藝簡單易行、氮氧化物脫除率高的，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的脫除廢氣中氮氧化物的方法。
[0008] 基于上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的發(fā)明人考慮到通常只有在高溫下金屬氧化物催化劑 才表現(xiàn)出具有直接催化分解NO的活性；而且該種催化劑幾乎都存在強(qiáng)烈的氧阻礙現(xiàn)象，實(shí) 際廢氣中共存的氧氣使NO轉(zhuǎn)化率嚴(yán)重降低。因此發(fā)明人試圖找到一種與金屬氧化物催化 劑相匹配的高效的能量來共同作用降低反應(yīng)的活化能，使得NO的直接分解能順利進(jìn)行。
[0009] 考慮到微波能作為一種高效能已經(jīng)得到普遍認(rèn)可。因此，發(fā)明人試著進(jìn)行金屬氧 化物催化劑與微波能的匹配來催化NO的直接分解。但微波并不能啟動所有的金屬氧化物 在低溫條件下對原料中NO的直接分解反應(yīng)起到高效的催化作用，直到本發(fā)明人找到一種 特定的金屬氧化物催化劑，使得該催化劑能與微波在催化NO直接分解反應(yīng)中形成良好的 配合。
[0010] 因此，本發(fā)明提供一種催化脫硝的方法，所述方法在微波場中進(jìn)行，且所用催化劑 為含鎳的復(fù)合金屬氧化物，所述含鎳的復(fù)合金屬氧化物為Cu-Ni復(fù)合金屬氧化物或Ni-Fe 復(fù)合金屬氧化物。
[0011] 在一種具體的實(shí)施方式中，在所述含鎳的復(fù)合金屬氧化物中鎳的摩爾量為1時， 銅或鐵的摩爾量為〇. 4?2. 5。本發(fā)明中所述催化劑例如為采用共沉淀法制備的含鎳的復(fù) 合金屬氧化物。優(yōu)選的，所述含鎳的復(fù)合金屬氧化物為Cu-Ni復(fù)合金屬氧化物，且其中銅與 鎳的物質(zhì)的量之比為1 :1。
[0012] 在一種具體的實(shí)施方式中，在微波催化反應(yīng)器裝置的反應(yīng)管中填充所述含鎳的復(fù) 合金屬氧化物形成微波催化反應(yīng)床，待處理的廢氣在通過微波催化反應(yīng)床時、在微波和所 述催化劑的共同作用下發(fā)生氣-固催化反應(yīng)，其中的NO直接催化分解成隊(duì)和0 2。其中，催 化反應(yīng)的溫度例如為100?300°C，優(yōu)選200?250°C。
[0013] 本發(fā)明中，所述待處理的廢氣中氧氣的含量為0. 1?20%，優(yōu)選為1?15%，更優(yōu) 選為7. 5?10%。本發(fā)明提供的催化方法特別適宜于對氧含量較高的廢氣進(jìn)行處理，廢氣 中氧氣含量越高越能體現(xiàn)出本發(fā)明方法相比現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢。
[0014] 本發(fā)明中，所述待處理的廢氣在微波催化反應(yīng)床中的停留時間例如為0.5-10S，優(yōu) 選l-3s。本發(fā)明所述微波頻率為500?3000MHz。
[0015] 使用本發(fā)明中特定的金屬氧化物催化劑與微波進(jìn)行配合時，能在低溫和高氧含量 條件下直接催化分解NO。
[0016] 本發(fā)明的發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以本發(fā)明中這種特殊的金屬氧化物為催化劑催化 直接分解NO脫硝時，所述催化劑能夠吸收微波。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：微波催化直接分解NO反應(yīng)沒有二次污 染，而且工藝簡單，操作方便易于控制，NO脫除效率高（NO轉(zhuǎn)化率可達(dá)98. 9 % )，抗氧性強(qiáng)， 操作溫度低，節(jié)能環(huán)保，運(yùn)行成本低。使用本發(fā)明方法處理后的煙氣或廢氣可以直接達(dá)到國 家排放標(biāo)準(zhǔn)。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0019] 實(shí)施例1
[0020] 采用共沉淀法制備復(fù)合金屬氧化物催化劑Cu (0. 4) -NiOx、Ni (0. 4) -FeOx、 Cu (I) -NiOdP Cu (2. 5) -NiO x (如Cu (0. 4) -NiOx代表此復(fù)合金屬氧化物中Cu與Ni的化學(xué)計 量比為0.4:1)。按照化學(xué)計量比量取所需的金屬硝酸鹽溶液（濃度為lmol/L)混合均勻， 將混合金屬鹽溶液緩慢滴入lmol/L的Na 2CO3 (控制溶液溫度為50°C )進(jìn)行沉淀反應(yīng)?？?制終點(diǎn)PH為8時，停止滴加。在相同溫度下繼續(xù)攪拌老化3h。然后進(jìn)行洗滌、過濾，60°C干 燥5h后得催化劑前驅(qū)體，該前驅(qū)體在馬弗爐中400°C焙燒5h，即得到所需的化學(xué)計量比的 Cu (0. 4)-Ni0x、Ni (0. 4)-Fe0x、Cu (I)-NiOdP Cu (2. 5)-NiO ,復(fù)合金屬氧化物催化劑樣品。
[0021] 實(shí)施例2
[0022] 本發(fā)明所述方法包括在微波催化反應(yīng)器裝置的反應(yīng)管中填充催化劑形成微波 催化反應(yīng)床，被處理氣體在通過微波催化反應(yīng)床時發(fā)生氣-固相反應(yīng)進(jìn)行脫硝處理；所 述復(fù)合金屬氧化物催化劑包括Cu-Ni復(fù)合金屬氧化物和Ni-Fe復(fù)合金屬氧化物，組成為 Cu (0. 4) -NiOx、Ni (0. 4) -FeOx、Cu (I) -NiOdP Cu (2. 5) -NiO ^所述催化劑填充在微波催化反 應(yīng)器裝置的反應(yīng)管中，被處理氣體經(jīng)過微波催化反應(yīng)床時，氣體中的NO發(fā)生直接分解反應(yīng) 生成環(huán)境友好的隊(duì)和0 2，以達(dá)到直接脫硝的目的。
[0023] 本實(shí)施例中，所述廢氣為大連大特氣體有限公司提供的為隊(duì)和NO組成的混合氣， 其中NO濃度為lOOOppm。NO x*析儀為美國制造的42C NO-NO2-NOx Analyzer。
[0024] 微波功率在O-IOOOw連續(xù)可調(diào)，頻率為2400-2500MHz。石英管反應(yīng)器為 WG1/2. 45-Φ5. 4X54。本實(shí)驗(yàn)所用的石英管長540mm，內(nèi)徑10mm。
[0025] 催化劑填充在石英管反應(yīng)器內(nèi)組成催化劑床層，上述試驗(yàn)用的廢氣經(jīng)過催化劑床 層進(jìn)行微波催化直接分解NO的反應(yīng)。實(shí)施例1所得的催化劑的填裝量為2g，目數(shù)為20-60 目。進(jìn)氣NO濃度為lOOOppm，氧含量為5%，氣體在微波催化反應(yīng)床中的停留時間為ls，反 應(yīng)壓力為常壓。調(diào)節(jié)微波功率，改變催化劑的反應(yīng)床層溫度，使床層溫度分別維持在l〇〇°C、 150°C、200°C和250°C，進(jìn)行微波催化直接分解NO的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
[0026] 表 1
[0027]

【權(quán)利要求】
1. 一種催化脫硝的方法，其特征在于，所述方法在微波場中進(jìn)行，且所用催化劑為含鎳 的復(fù)合金屬氧化物，所述含鎳的復(fù)合金屬氧化物為Cu-Ni復(fù)合金屬氧化物或Ni-Fe復(fù)合金 屬氧化物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，在所述含鎳的復(fù)合金屬氧化物中鎳的摩爾 量為1時，銅或鐵的摩爾量為〇. 4?2. 5。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述含鎳的復(fù)合金屬氧化物為Cu-Ni復(fù)合金 屬氧化物，且其中銅與鎳的物質(zhì)的量之比為1 :1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在微波催化反應(yīng)器裝置的 反應(yīng)管中填充所述含鎳的復(fù)合金屬氧化物形成微波催化反應(yīng)床，待處理的廢氣在通過微波 催化反應(yīng)床時、在微波和所述催化劑的共同作用下發(fā)生氣-固催化反應(yīng)，其中的NO直接催 化分解成隊(duì)和0 2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，催化反應(yīng)的溫度為100?300°C，優(yōu)選 200 ?250。。。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述待處理的廢氣中氧氣的含量為0. 1? 20%〇
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述待處理的廢氣中氧氣的含量為1? 15%〇
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述待處理的廢氣中氧氣的含量為7. 5? 10%〇
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述待處理的廢氣在微波催化反應(yīng)床中 的停留時間為0. 5-10s，優(yōu)選l-3s。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述微波頻率為500?3000MHz。
【文檔編號】B01D53/86GK104474889SQ201410736555
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】周繼承, 徐文濤, 羅羽裳, 游志敏 申請人:湘潭大學(xué)