[发明专利]一种碳纳米管掺杂铜铝复合金属氧化物脱硝催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种碳纳米管掺杂铜铝复合金属氧化物脱硝催化剂，其特征在于：该催化剂是通过将硝酸铝和硝酸铜混合盐溶液、NaOH碱溶液逐滴加到混有改性碳纳米管的分散液中，控制合成pH在酸性范围内，经水热晶化、抽滤洗涤、干燥制得碳纳米管掺杂CuAl类水滑石前驱体；后将其在氮气气氛下焙烧制备具有高度分散的碳纳米管掺杂铜铝复合金属氧化物CuAl-LDO/CNTs 脱硝催化剂；其中CNTs的质量分数为9～45%；所述的碳纳米管掺杂铜铝复合金属氧化物脱硝催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备改性碳纳米管

将1.0～5.0g多壁碳纳米管MWCNTs加入到含有100mL～500mL浓硝酸的圆底烧瓶中，120～160 ℃下冷凝回流6～12 h；将该纯化碳纳米管置于2 mol▪L^-1的NaOH 水溶液中，80 ℃下搅拌处理6 h，将沉淀物抽滤、洗涤直至中性， 60～120 ℃干燥12～24 h得到改性碳纳米管CNTs-COO^-；

（2）配制混合盐溶液

使用容量瓶分别配制1.0 mol▪L^-1的三水合硝酸铜水溶液和0.5 mol▪L^-1的九水合硝酸铝水溶液；分别称取两种配制好的盐溶液混合至烧杯中，搅拌5～15 min形成透明溶液，将其移至滴液漏斗一中待用, 其中Cu²⁺与Al³⁺物质的量浓度之比为2～4：1；

（3）配制氢氧化钠溶液

取NaOH溶解于去离子水中，配制成浓度为1.0 mol▪L^-1的NaOH水溶液，将其转入滴液漏斗二中待用；

（4）制备碳纳米管分散液

取步骤（1）制备的改性碳纳米管分散于去离子水中，超声处理30～60 min，制得浓度为30g▪L^-1的碳纳米管分散液；

（5）制备碳纳米管掺杂CuAl类水滑石前驱体

取步骤（4）制备的碳纳米管分散液，在磁力搅拌下将滴液漏斗一和滴液漏斗二中溶液缓慢滴入上述分散液，控制混合盐溶液的滴加速度为1.5～2.5mL▪min^-1，通过调节氢氧化钠溶液的滴加速度，使溶液的pH值维持在4.50～5.50；滴定结束后将沉淀和母液置于高压反应釜中，100～150 ℃晶化4～48 h；经抽滤，洗涤，干燥后获得碳纳米管掺杂CuAl类水滑石前驱体CuAl-LDH/CNTs；

（6）制备CuAl-LDO/CNTs脱硝催化剂

将步骤（5）获得的前驱体在氮气气氛下焙烧3～6 h，得到CuAl-LDO/CNTs脱硝催化剂。

2.根据权利要求1所述的碳纳米管掺杂铜铝复合金属氧化物脱硝催化剂，其特征在于：所述步骤（1）中，所用浓硝酸的质量浓度为65%～68%。

3.根据权利要求1所述的碳纳米管掺杂铜铝复合金属氧化物脱硝催化剂，其特征在于：所述步骤（5）中，所加入的碳纳米管分散液与混合盐溶液的体积比为0.2～1，滴定过程中控制溶液的pH值在4.50～5.50。

4.根据权利要求1所述的碳纳米管掺杂铜铝复合金属氧化物脱硝催化剂，其特征在于：所述步骤（6）中，通入氮气的流速控制在60 mL▪min^-1～120 mL▪min^-1；程序升温速率为5～10 ℃▪min^-1；设定的焙烧温度为400～600 ℃。

5.一种权利要求1所述的碳纳米管掺杂铜铝复合金属氧化物脱硝催化剂在NH₃-SCR中的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：具体应用过程为：催化活性测试在固定床连续流动石英反应器中进行；催化剂粒度为40-60目，用量为400mg；反应气体组成为：600ppm NO，600 ppm NH₃，100 ppm SO₂，10% H₂O，5% O₂，N₂ 作平衡气，反应气体空速为45000 h^-1；催化反应在150-330 ℃进行，活性数据在反应达到平衡后采集；

脱硝活性测试和抗硫性能评价表明CuAl-LDO/CNTs催化剂在180-300 ℃具有高的NH₃-SCR活性、好的N₂选择性及强的抗水抗硫性能。