[发明专利]一种用于甲烷选择性催化还原NOx的固体酸催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业催化、环境污染控制技术、气体净化、汽车工业等领域。介绍了一种用于在富氧条件下，甲烷选择性催化还原NOx的Pd/SO₄^2--Al₂O₃固体酸催化剂及其制备方法。

技术背景

氮氧化物(NOx)包含有N₂O、NO、NO₂、N₂O₂、N₂O₃、N₂O₄和N₂O₅等，其中对大气产生污染的主要是NO和NO₂，大气中95％以上的NOx为NO，NO₂只占很少量，烟道气中90％以上的NOx也是NO。大气中的NO。主要来源有：化石燃料的燃烧、超音速飞机、生物体燃烧、闪电过程、平流层光化学过程、NH₃在大气中的氧化、土壤以及海洋中的NO₂光解。其中，煤、天然气、石油等化石燃料的燃烧(其中车辆发动机和工业燃烧过程产生的NOx各占一半)约占NOx排放总量的90％，NO对人有致癌作用，它与血液中血红蛋白亲和力较强，从而使血液输氧能力下降；NOx还能引起中枢神经麻痹和痉挛。高浓度急性中毒时，将迅速导致肺部充血和水肿，甚至窒息死亡。NO₂严重刺激呼吸系统，使血液中血红蛋白硝化，同时对人体的心、肝、肾、造血组织都有损害；NOx也是形成酸雨的前驱体之一，对农业、林业、建筑和人民生活都会带来极大的危害。NOx和汽车尾气中的非饱和烃等污染物在一定的气象条件下、强烈的紫外线照射后，产生一种复杂的光化学反应，形成光化学烟雾，毒性更强。NOx还会造成地面的臭氧浓度过高，产生温室效应等。

以NH₃为还原剂的SCR技术得到了一定程度的工业应用，但存在NH₃泄漏及腐蚀性等问题，研究者们不断寻找其他的替代技术。由于CH₄是天然气的主要组分，价廉易得，CH₄-SCR被认为是最有潜力替代NH₃-SCR的技术。但由于CH₄分子非常稳定，寻找性能优良的CH₄-SCR催化剂是该技术的关键所在。

CN101554581报道了一种选择性催化还原脱销催化剂及制备方法，其组分为1～5％氧化锆、0.5～3％银元素、0.5～2％钯元素以及90-98％氧化铝。其特征在于制备的催化剂通过添加Zr和Ag两种组分，提高了Pd的催化活性，促进HC和NO反应的进行，同时该催化剂具有良好的低温活性。

CN101352645报道了一种烟气催化氧化脱硝工艺，采用以TiO₂或ZrO₂-TiO₂为载体，Co为活性成分的催化剂，利用烟气中本身含有的氧气，将一氧化氮氧化成易于溶于水的二氧化氮后，利用碱液吸收，将氮氧化物脱除。本发明工艺脱硝效率高，成本低，在控制氧化后烟气中二氧化氮的含量后，可以选择性的回收脱硝副产物中的亚硝酸盐，实现产物的资源化。

CN00110575报道了一种微波放点催化还原拖出氮氧化合物的方法，其特征在于：以CH₄为还原剂；以硅铝比小于38的HZSM-5分子筛或其上但在铁为催化剂，铁的重量百分含量为1-20％；用低功微波在催化剂床层中放点，微波输入功率为30-80W，将NOx直接转化为N₂。该发明可在大量氧气及低功率微波条件下，大大提高催化剂的活性，最高活性可达44％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于NOx选择性催化还原的Pd/SO₄^2--Al₂O₃催化剂，在CH₄为还原剂的条件下，制备的催化剂对NOx和CH₄均具有良好的反应活性。

NO₂机理是目前公认的甲烷选择还原NO的反应机理。整个反应过程如下：

NO+O₂→NO₂                  [1]

NO₂(ads)+CH₄→【X】+H₂O    [2]