[发明专利]用于氨选择性催化消除NOx的SAPO-34负载Cu-Fe催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种SAPO-34负载Cu-Fe复合催化剂的制备方法和选择性催化消除氮氧化物的应用。

背景技术

氮氧化物(俗称NO_x，主要含有NO)是大气中一种主要的污染物，其对生态环境和人体健康有巨大的危害，它不仅造成酸雨，也是形成近地层大气臭氧污染、二次微细颗粒污染和地表水富营养化的前驱体，由此引起的环境问题已经与臭氧层破坏、全球气候变化一起成为最为突出的大气环境热点问题。氮氧化物主要来源于汽车尾气(移动源)和发电厂的燃煤锅炉(固定源)。近年来，为提高燃料的利用率，目前内燃机大多使用富氧贫燃内燃机，这种内燃机的主要污染物是氮氧化物，因此研究在富氧条件下还原氮氧化物具有十分重要的意义。，世界各国的大气排放标准都对其进行严格限制。由于治理氮氧化物难度大，控制和治理氮氧化物污染已成为当前环保研究中最活跃的课题之一。据估计，氮氧化物排放量年增长率为5.0％-8.0％；到2030年我国氮氧化物排放量将达到3540万吨，所以，目前迫切需要解决氮氧化物的污染问题。

目前国内外有多种消除氮氧化物的方法，其中NH₃选择性催化还原氮氧化物的方法比较成熟，已经应用于汽车尾气(固定源)和火力发电厂(移动源)氮氧化物污染的治理。目前此类方法效果较好的催化剂主要为Cu/ZSM-5。但是此种催化剂抗积碳性能和水热稳定性较差。而在汽车尾气和电厂烟气中，碳氢和水的存在是不可避免的，这两点正是当前SCR法净化氮氧化物的关键问题。本专利选用水热稳定性较高的SAPO-34分子筛(1000-1200℃)为载体，将铜和铁同时负载在SAPO-34分子筛载体上，获得很好的宽温度范围内的催化消除氮氧化物高活性、水热稳定性和高的抗积碳性能。目前国内外同时使用铜铁负载催化剂的研究较少，就目前所有报道的文献来看，虽然也有较好的活性，但是大多数使用铜或铁负载催化剂，而同时Cu和Fe负载催化剂催化处理NO的报道极少，使用SAPO-34分子筛作为载体更是鲜见报道。

本项目的实施得到国家自然科学基金、北京市自然基金和北京工业大学基础基金(X4005011201101)资助项目的资助，也是这些项目的研究内容。

发明内容

本发明的目的是提供一种SAPO-34分子筛负载Cu-Fe复合催化剂的制备及其用于催化消除氮氧化物，主要针对氮氧化物中的主要成分NO。

所提供的催化剂可在宽的反应温度(100℃～550℃)下，高效消除NO(60％～90％的NO转化率)。而且加入碳氢后，此催化剂具有较高的抗积碳性能。水热老化实验表明，此催化剂经过极端温度(700℃～800℃)和高含量水(10wt％-20wt％H₂O)的水热老化后，催化剂活性稳定，具有较高的水热稳定性。而且此催化剂制备工艺简单。

本发明提供一种用于催化消除NO的SAPO-34分子筛负载Cu-Fe复合催化剂的制备方法。

(1)SAPO-34的制备

将异丙醇铝Al(OC₃H₇)₃、磷酸溶液和浓盐酸溶液溶于水中形成溶液，均匀搅拌，室温静置5天～10天得到混合溶液，随后将硅溶胶加入到以上混合溶液中，并均匀搅拌，再加入四乙基氢氧化铵溶液，得到溶胶组成摩尔分子量比例如下：

(1.39～0.84)(TEA)₂O∶(0.2～0.31)SiO₂∶(1.0～1.0)Al₂O₃∶(0.88～0.89)P₂O₅∶(0.21～0.21)HCl

将以上溶胶室温放置5天～10天，随后将此溶胶加入到内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，加热到200℃～250℃，恒温80小时-110小时。随后将固体产物过滤、洗涤，并在空气中30℃～80℃干燥。为清除模板剂及其它不纯物，将所得固体物质在氧气氛中400℃～600℃焙烧15～20小时。上述所制的SAPO-34分子筛载体，比表面积为400m²/g～550m²/g，总孔容0.20～0.40cm³/g。