[发明专利]一种中低温催化分解N2

说明书

一种中低温催化分解N₂O的催化剂包括活性氧化物内核和多孔惰性氧化物壳层，活性氧化物内核组成为活性组分Co₃O₄，多孔惰性氧化物壳层组成为SiO₂‑N_xO_y，其中N_xO_y为ZrO₂或CeO₂中的一种，各组分的重量百分比为：Co₃O₄ 10‑40wt％，ZrO₂或CeO₂ 0.1‑3wt％，余量为SiO₂。本发明具有催化剂的活性好，使用寿命长的优点。

技术领域

本发明属于一种中低温催化分解N₂O的催化剂及制备方法和应用。

背景技术

随着硝酸、尼龙66等化学合成工业的发展以及化石燃料的不断消耗，导致大气中N₂O浓度持续上升。N₂O其温室效应潜值是CO₂的310倍，是一种重要的温室气体，此外，N₂O可稳定存在于对流层中，当其传输到平流层时，可引起臭氧层破坏。因此，N₂O的消除技术已经成为当今大气污染控制研究的重要组成部分。

在近期研究的N₂O的去除方法中，直接催化分解N₂O生成O₂和N₂，是目前最有效和被广泛认可的消除方法.因此，开发性能稳定及高活性催化剂是目前N₂O催化分解研究的主要方向。目前针对N₂O直接催化分解法催化剂的研究集中在贵金属催化剂、分子筛催化剂和金属氧化物催化剂三类，其中金属氧化物催化剂成本低廉，环境友好，制备方法简单易行，组成易于调变，且具有较高的催化活性，受到科研工作者的青睐。

中国专利文献CN102513117A公开了一种氧化铜与氧化铈组成的复合氧化物，利用铈与氧化铜复合氧化物形成的协同作用，大幅提高了材料N₂O催化分解反应的活性和稳定性。壳牌公司在专利文献CN105408006A提出一种共沉淀法制备的负载钴基催化剂，并在其中添加碱金属助剂，使制备的催化剂在低温条件下具有良好活性，并在反应气氛中存在少量水时也能保持较好的物理性质和催化活性。

但是，以上金属氧化物催化剂的一个致命缺点是材料活性金属氧化物接触界面较少，且在长周期高温反应或反应气氛中存在水、氧的条件下活性金属氧化物纳米颗粒易于脱离载体并相互聚团，发生活性氧化物的烧结进而引起失活现象。

发明内容

为解决上述问题，本发明目的是提供一种催化剂的活性好，使用寿命长的中低温催化分解N₂O的催化剂及制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明提供的金属氧化物催化剂制备的技术方案为：首先合成粒径在12nm以下的单分散Co₃O₄纳米颗粒，继而对上述活性颗粒进行原位助剂改性(助剂为ZrO₂或CeO₂)的多孔SiO₂壳层包覆，形成具有丰富介孔孔道的Co₃O₄内核，SiO₂壳层类球形核壳催化剂。利用壳层的多孔孔道，增大活性金属氧化物接触界面；利用材料几何构型的核壳结构提高内部活性纳米颗粒的高温和水热稳定性，增强氧化亚氮催化分解材料在实际工况的结构稳定性和催化性能。该包覆纳米材料用于中低温度下(小于500℃) 氧化亚氮分解反应能够减少活性金属氧化物用量，提高活性金属氧化物纳米颗粒的抗烧结能力，改善催化剂的活性与使用寿命。