[发明专利]脱硝整体式催化剂的制备方法及其浆料

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮氧化物还原的催化材料领域，尤其是一种脱硝整体式催化剂的制备方法及其简单、环保的浆料。

背景技术

近年来，柴油机以其优良的燃油经济性与动力性能而备受青睐，但柴油机存在的一个最大问题就是氮氧化物排放严重。氮氧化物包括有NO、NO₂、N₂O、N₂O₃、N₂O₄和N₂O₅等，各种燃料燃烧过程中产生的NO_x主要是NO，约占90％～95％，NO₂占5％～10％，N₂O仅占1％左右，NO和NO₂统称为NO_x。氮氧化物(NO_x)对大气的污染是一个世界性的环境问题，它的影响主要表现为形成酸雨、导致光化学烟雾、造成近地层大气臭氧污染、产生温室效应、破坏自然生态环境等。此外，NO_x也参与形成空气中的飘尘(PM_2.5)，严重危害人类健康。因此，限制柴油机NO_x排放的法规也从无到有，从宽松到严格，如何降低车用柴油机NO_x排放的研究显得尤为重要。

目前，选择性催化还原(SCR，即selective catalytic reduction)脱硝技术以其高达90％的脱硝率成为当前世界上主流的脱硝技术。SCR脱硝，是在催化剂存在的情况下，采用氨类物质、CO、碳氢化合物为还原剂，也可以利用尾气自身的还原物质将尾气中的NO_x还原成N₂。近年来，国外实用化的柴油车SCR技术主要是采用氨为还原剂的催化体系，鉴于NH₃的毒性，研究者一般采用32.5％的尿素水溶液代替氨进行选择性催化还原NOx，即Urea-SCR体系。例如，90年代以欧洲为中心在卡车或大客车上开始进行SCR示范性检测试验，该技术已经被欧洲国家公认为达标欧Ⅳ、欧Ⅴ的首选方案。美国机动车工程师协会(SAE)也宣布其为适合近年排放法规的候选技术之一。

催化剂是NH3-SCR技术的核心，SCR催化剂按工作温度来分，可分为低温(＜300℃)、中温(300-400℃)和高温段(＞400℃)催化剂。目前研究和应用较多为中高温段催化剂，如美国专利公告第6521559号公开了一种金属离子交换的PILC(pillared interlayered clay)催化剂，其中交换的金属离子包括Cr³⁺、Mn²⁺、Co²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺等，载体为PILC或为联用的Al₂O₃-PILC、TiO₂-PILC、ZrO₂-PILC和SiO₂-PILC，并加以助剂Ce、La、Pr、Th、Nd等，这种催化剂大大提高了催化剂的催化活性，并增强了其抗硫能力。美国专利公告第4975256号公开了一项通过载体的改性而提高催化剂催化活性的技术，例如，将钛盐沉淀在多孔的无机氧化物SiO₂、Al₂O₃和ZrO₂等上，增大催化剂载体的大孔(孔径＞600)数目，提供合理的孔径分布，因而明显的提高了催化活性，且比单独用锐钛矿型TiO₂作载体的成本低。

但是，颗粒状的催化剂虽然在微反测试中表现出了较好的催化行为，却在SCR技术的实际应用过程中，由于颗粒状结构的催化剂流体阻力大、易被尾气粉尘堵塞，致使压降增大，使得操作不能连续运行，所以通常采用的催化剂为整体式催化剂。整体式催化剂具有开孔率较大的平行通道，有助于粉尘的通过而不易堵塞、耐磨损，且具有压力降低、可利用表面高、传热和传质能力优良、装卸方便等优点，所以已被广泛用于机动车尾气的处理中。被广泛报道并应用于柴油车尾气脱除中的整体式催化剂一般是采用浸渍法制备，而浸渍法制备整体式催化剂的关键技术就是浸渍所用浆液的配制。在传统整体催化剂的浆液配制中为了使涂层具有更好的粘结性和均匀性，一般会使用大量的有机溶剂，这不仅会大幅增加生产成本，而且生产过程也很容易造成环境污染。

有鉴于此，确有必要研究开发一种简单、不含有机溶剂的整体式催化剂浆料及整体式催化剂的制备方法。