[发明专利]一种介孔铁基复合氧化物催化剂、制备方法及其在氨选择催化还原氮氧化物中的应用

说明书

技术领域

本发明应用于环境催化净化技术领域，涉及一种介孔铁基复合氧化物催化剂、制备方法及其在氨选择催化还原氮氧化物中的应用。 

背景技术

氮氧化物主要来源于燃煤烟气和机动车尾气，可通过灰霾，光化学烟雾，酸雨等对人体健康及生态环境产生影响。在国家“十二五”规划中，氮氧化物减排被纳入污染物总量控制指标。NO_x的去除方法很多，其中研究和应用最为广泛的是选择性催化还原(SCR)氨选择性催化还原法。由于国内很多热电厂都已经安装脱硫装置，减少了灰尘和SO₂对催化剂脱硝性能的影响，但会因此而导致尾气经脱硫装置之后温度降低。所以，中低温催化剂体系的研究受到广泛的关注。而目前，主要的工业化催化剂为V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂，虽具有较优的脱硝性能，但仍存在一定的问题：中低温活性不足，V₂O₅具有生物毒性，操作窗口窄及稳定性差等缺点。因此，各国研究者开始开发环境友好的新型中低温非钒NH₃-SCR催化剂，产学研联合攻关有望占领未来技术的制高点。 

铁氧化物催化剂由于其具有高N₂选择性，优良的氧化还原性及绿色环保等优点，有望可以取代传统的钒钨钛催化剂。但研究发现，其对氮氧化物还原的温度偏高，Junhua Li等制备的硫酸铁催化剂，当反应温度达到300℃时，转化率只有70％左右(CN102008967A；Lei Ma,Junhua Li and Rui Ke et al.Phys.Chem.C,2011(115):7603–7612.)。单组份铁氧化物催化剂较差的中低温(<300℃)活性限制了其工业化应用。近来通过掺杂其他金属元素或改变制备方法对该类催化剂进行改性以提高其催化活性的研究越来越受到关注。Hong He等采用WO₃修饰Fe₂O₃催化剂，温度窗口拓宽(300-450,80％以上转化率)，但是中低温活性仍不满足要求(CN103170346A)。而采用Mn改性催化剂，较优的提高了催化剂的中低温活性，但是N₂选择性下降明显(Fudong Liu,Hong He,Yun Ding et al.Applied  Catalysis B:Environmental,2009(93):194–204.)。Cu，Ce是两种常见的催化剂助剂元素，可有效提高催化剂活性，而本身也具有一定的SCR催化性能。目前关于Cu，Ce掺杂Fe催化剂且能大幅度提高其对NH₃-SCR反应性能(优良中低温活性和N₂选择性等)的专利和研究报道还很少。因此，开发新型、稳定且环境友好的Fe基复合(Cu,Ce)氧化物催化剂体系显得尤为重要。 

发明内容

为了解决现有NH₃-SCR中Fe基催化剂体系中低温活性不足，稳定性差，温度窗口窄等缺点，本发明首次提供了一种用于催化净化氮氧化物的新型铁基复合氧化物催化剂及其制备方法，可用作固定源烟气脱硝。 

一种介孔铁基复合氧化物催化剂，该介孔铁基复合氧化物催化剂的化学式为Fe_aM_bO₂，其中，M为Cu或Ce，0.9≤a≤0.5，0.1≤b≤0.5；该介孔铁基复合氧化物催化剂的比较面积大于100m²/g，粒径小于20nm，孔径为2-15nm。 

一种介孔铁基复合氧化物催化剂的制备方法，使用混合模板法，步骤如下： 

(1)将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与十六烷基溴化铵(CTAB)/十二烷基硫酸钠(SDS)加入到去离子水中，在20-40℃的水浴条件下搅拌1-12h使其完全溶解，形成混合模板溶液，其中，各成分的质量比为PVP:CTAB/SDS＝1:1～2:1； 

(2)向步骤(1)得到的混合模板溶液中依次加入铁源、铈源和沉淀剂，或依次加入铁源、铜源和沉淀剂，调节pH为8-11；搅拌12-36h，用去离子水及无水乙醇离心洗涤，干燥，焙烧5-8h，焙烧温度为350-700℃，得到混合金属氧化物；其中，铁源和铈源/铜源的摩尔比为9:1～1:1；所述铁源、铈源/铜源与混合模板溶液的质量比为：铁源+铈源/铜源：PVP+CTAB＝5％～85％；