[发明专利]Fe和Cu复合分子筛催化剂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及环境保护中氮氧化物控制技术领域，特别涉及Fe和Cu复合分子筛催化剂的制备方法及应用，用于氨气选择性催化还原氮氧化物，适用于柴油机、稀燃汽油机以及工业生产中涉及到的富氧条件下的NOx净化，如燃煤电厂、冶炼厂或炼油厂等烟气中的NOx处理。

背景技术

随着我国经济的快速发展，能源消费的持续增长，以燃煤、燃油、燃气为主的能源消费方式消耗大量化石燃料，排放到大气中的氮氧化物（NOx）等危害不断加剧。目前，我国一些大城市的大气污染已呈现区域复合型特点，有效控制NOx的排放已成为缓解复合型污染现状的重要手段。城市稀燃汽车尾气、小型燃煤、燃油以及燃气锅炉的NOx排放是城市污染的主要来源之一，因此有效控制此类移动源和固定源NOx的排放是进行区域复合型污染控制的重要部分。

目前，选择性催化还原技术是国际上应用最为广泛的NOx脱除技术。根据还原剂的不同可分为氨气选择性催化还原NOx（NH3-SCR）和碳氢化合物选择性催化还原NOx（HC-SCR）技术；其中，NH3-SCR（Selective Catalytic Reduction，SCR）技术是NOx脱除的主流技术，在国外已得到广泛应用。其原理是通过添加NH3作为还原剂将NOx选择性还原为无害的N2而排放。SCR技术的关键是开发高效稳定的催化剂，以适用于高硫、高尘为主要特征的应用环境，宽阔的反应温度窗口和优良的抗水抗硫性能也成为决定催化剂能否工程实用化的主要因素。目前，固定源工业化应用的NH3-SCR催化剂，多以TiO2为载体，再负载上一定量的V2O5、WO3或MoO3等组分，该类催化剂在高效净化NOx的同时具备良好的抗水抗硫性能，在大约350~450℃温度区间内有良好的反应活性。

但是，传统的脱硝V2O5-WO3/TiO2催化剂在实际使用中仍存在一些问题，一是活性组分V2O5的前驱体一般毒性非常大，容易对人体和环境产生二次污染；二是V2O5在将烟气中NOx还原为N2和H2O的同时也将烟气中SO2氧化为SO3，SO3会与NH3反应生成硫酸铵及硫酸氢铵而影响催化剂活性和堵塞催化反应器通道；三是WO3和MoO3高温时的N2选择性较差，能够促进N2O的生成，而N2O会引发温室效应、臭氧层破坏等环境问题。因此，如何采用国产催化剂，降低催化剂成本、实现催化剂的高活性、抗水抗硫性能，并能提高催化剂制备与使用过程中的安全性，决定着该技术能否广泛应用于我国移动源和固定源脱硝。目前，研究开发成本低廉、环境友好的非钒SCR催化剂是国内外学术界和产业界的一个热点课题。实际上，在不含硫、无尘、无水的条件下，很多催化剂都呈现了优异的NOx净化能力，但是它们大多数不具备宽阔的反应温度窗口，无法满足环境催化领域的复杂多变反应条件。本发明提供了一种以Fe和Cu复合分子筛催化剂为活性组分的成本低、反应温度窗口宽阔、NOx去除性能优良的脱硝催化剂。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供Fe和Cu复合分子筛催化剂的制备方法及应用，以Fe或Cu为活性组分，ZSM-5、SSZ-13、SAPO-34、MOR或Beta分子筛为催化剂载体，采用离子交换法制备催化剂，然后，采用机械式串联复合Fe分子筛催化剂和Cu分子筛催化剂，用于高效净化柴油车、稀燃汽油车及燃煤电厂尾气中NOx。

Fe和Cu复合分子筛催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、Fe分子筛催化剂制备

量取250mL去离子水，加入2-8g ZSM-5、SSZ-13、SAP0-34、MOR或Beta分子筛，上述分子筛的SiO₂/Al₂O₃为10-50，在室温下搅拌。再按照化学计量比加入0.7-3g的FeCl2，室温下搅拌24h，进行离子交换，然后用去离子水进行洗涤并抽滤，得到的滤饼先在烘箱中干燥12h，最后在马福炉中550℃焙烧3-8h，得到Fe-ZSM-5、Fe-SSZ-13、Fe-SAPO-34、Fe-MOR或Fe-Beta分子筛催化剂；

步骤二、Cu分子筛催化剂制备