[发明专利]等离子体辅助溶胶凝胶法制备高效氧化性催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于污染物控制领域，涉及催化剂及制备方法，尤其是涉及一种等离子体辅助溶胶凝胶法制备高效氧化性催化剂的方法。

背景技术

随着经济的迅速增长和工业发展，工业染料的燃烧带来的污染问题日益严重，对人体造成了极大的危害，更对环境带来不可忽视的危机。尤其是氮氧化物，硫氧化物和含氮物质的排放，酸雨、臭氧层破坏﹑光化学烟雾﹑全球变暖与之不无联系。工业生产过程中的氮氧化物、硫氧化物的污染已经成为全球关注的热点。对其的处理也是科学界研究的关注重心所在。

国内对于工业废气还处在很起步阶段，处理主要是单独脱除。利用WFGD处理SO₂，用SCR和SNCR技术联合处理氮氧化物，这种分步处理的方法设备庞杂，占地面积大，运行成本高，存在二次污染。不仅浪费资源，而且给工厂带来了极大的负担，实际效益并不高。如何设计合理的处理流程，寻找合适的催化剂一次处理这些污染物，以达到利益最大化和污染最小化就是本专利研究的重点。

在燃煤烟气排放的氮氧化物中，有90％～95％是以NO形式存在，NO难溶于水，WFGD脱除困难较大。经过分析，将NO氧化成易溶的NO₂后，再用WFGD可实现脱硫脱硝一体化。该技术的关键是实现NO的高效氧化，使烟气中含有一定比例的NO₂（50%左右）。大量的研究表明，催化氧化是一种氧化NO的有效手段，尤其是以MnO_x-CeO₂为活性组分的催化剂，不仅价格优良，而且具有良好的催化氧化NO性能。利用溶胶凝胶法制备的MnO_x-CeO₂复合氧化物催化剂活性要高于其他传统制备方法，因为其中形成了MnCeO_x固溶体结构，形成更多的表面活性氧，更有利于催化氧化反应。

发明内容

本发明提供一种利用等离子体辅助溶胶凝胶法制备高效催化氧化催化剂的方法，利用等离子体中的活性粒子在常温下分解凝胶中的有机物和硝酸盐，比溶胶凝胶法制备的催化性能更优。

一种等离子体辅助溶胶凝胶法制备高效氧化性催化剂的方法，利用等离子体中的活性粒子在常温下分解凝胶中的有机物和硝酸盐，制备得到活性组分为MnOx或MnCeOx的氧化性催化剂。

作为优选，MnCeOx中，Mn、Ce的摩尔比为0.3～3：1。

作为优选，所述的等离子体辅助溶胶凝胶法制备高效氧化性催化剂的方法，包括下述步骤：

（1）按Mn、Ce摩尔比计算得出硝酸铈、硝酸锰的量并称取，用去离子水溶解得混合液，称取络合剂和聚乙二醇，倒入之前的混合液，搅拌得到混合溶液；

（2）将混合溶液加热，并搅拌，直至溶液变为胶体；

（3）将干燥后的胶体放于研钵，充分研磨成40目以下的颗粒，待用；

（4）将样品进行等离子体处理制备得到催化剂。

作为优选，步骤（1）中，络合剂、金属离子的摩尔比为1.1～1.5：1，聚乙二醇的重量为络合剂重量的5～15%。

作为优选，所述络合剂为一水合柠檬酸。

作为优选，步骤（2）中，加热温度为70～90℃。

作为优选，步骤（4）中，所述等离子处理包括下述步骤：

（a）将样品填充于放电石英管内棒状电极与石英管壁之间，通入处理气体使其暴露于相应气氛中；石英管外部包裹铜片，作为接电源极，棒状电极接地；

（b）打开交流电源，使有效电压处于8～12kV之间，放电频率达为7～10MHz，利用介质阻挡放电的方法处理，持续10～180min。

作为优选，所述处理气体为氧气、氧气与氮气的混合气、或氧气与氩气的混合气中的一种。

作为优选，所述的等离子体辅助溶胶凝胶法制备高效氧化性催化剂的方法，包括下述步骤：

（1）将35.8g的50%硝酸锰溶液装入烧杯，用去离子水溶解，常温搅拌得到匀质溶液；将27.3g一水合柠檬酸和2.73g聚乙二醇，倒入之前的混合液，常温搅拌得到混合溶液；

（2）将装有混合溶液的烧杯，置于80℃的水浴中加热，并利用电磁搅拌器不间断搅拌，直至溶液变为胶体；

（3）将干燥后的胶体放于研钵，充分研磨成40目以下的颗粒，待用；

（4）将样品填充于放电石英管内棒状电极与石英管壁之间，通入含有21%氧气的模拟空气，石英管外部包裹铜片，作为接电源极，棒状电极接地；

（5）打开交流电源，使有效电压处于9kV，放电频率达为8.5MHz，利用介质阻挡放电的方法处理，持续90min。