[发明专利]一种离子液体改性CuY分子筛催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种宽温高效的离子液体改性CuY分子筛脱硝催化剂及其制备方法和应用。在CuY分子筛催化剂的合成过程中引入疏水性羟基功能化咪唑离子液体，为脱硝提供更多的活性中心与吸附反应位点；同时离子液体中疏水性基团可提升催化剂的抗水性能，离子液体对孔道结构的修饰进一步丰富了孔道结构，增加比表面积，增强孔道的尺寸筛分与限域效应，从而促进脱硝反应的进行并抑制SO₂在孔道内的吸附，提升催化剂的耐硫性和使用寿命。该催化剂不添加氧化钒和氧化钨、氧化钼等有毒组分，无毒无害，经济环保，制备方法简单，具有比传统分子筛更加丰富的孔道结构和酸性位点，可实现工业烟气的50~300°C范围内的低温选择性催化脱硝。

技术领域

本发明涉及一种离子液体改性CuY分子筛脱硝催化剂及其制备方法和应用，属于环保催化材料及工业烟气脱硝领域。

背景技术

由于现代工业和国民经济的快速发展，工业废气排放量急剧增加，其中氮氧化物（NO_x）是主要大气污染物之一，年排放量已达千万吨级规模。在日益严峻的环境形势尤其是大气污染每况愈下的情形下，国家相继出台一系列NO_x的减排政策。不断升级的污染物排放限值标准，为新时代火电、建材等行业及工业窑炉的发展带来了前所未有的严峻挑战。目前除了电力行业NO_x排放得到了一定程度的控制以外，非电力行业（工业锅炉、焦化、钢铁冶金等）NO_x的治理仍处于起步阶段。广泛应用于电力行业的选择性催化还原（SCR）脱硝技术最为成熟，其常见钒钛基催化剂的活性温度窗口一般为300-450°C，但V₂O₅易将SO₂氧化成SO₃，并与NH₃、H₂O反应生成硫酸铵盐造成催化剂表面堵塞与积灰而失活，且V组分有剧毒。而非电力行业烟气温度一般低于300°C，若采用商用SCR技术，则需将烟气再热至300°C以上，能耗较高，经济性差。因此，开发适用于低温烟气（300°C）的宽温、高效、无钒且有较好抗硫/水性能的脱硝催化剂对于实现我国工业NO_x的全面控制具有非常重要的意义。

Y型分子筛属于泡沸石类的传统分子筛，其晶胞化学组成通式为Na₅₆[Al₅₆Si₁₃₆O₃₈₄]·264H₂O，硅铝比大于1.5，合成工艺简单，原料廉价易得，作为一种固体酸催化剂，具有孔道结构规整、稳定性高、反应活性好等优势，广泛应用于催化裂化、加氢裂化等石油化工领域。其硅铝酸盐骨架结构呈立方晶格，8个β笼按金刚石结构排列（即碳（C）原子被β笼取代），相邻β笼又通过六元环以T-O-T键（T为Si或Al原子）相互连结成二十六面体笼（即八面沸石笼或超笼，直径约1.2nm）。Y型分子筛所具备的这种大体积空腔和三维十二元环孔道（直径约0.74nm）特征，为活性（过渡）金属离子提供了充足的落位点，进而为反应气体扩散进入分子筛孔道内部提供了充足的吸附位点和反应位点。

离子液体是由传统的高温熔盐演变来的，是由有机阳离子、无机或有机阴离子构成的，在室温或者接近室温条件下呈液体状态的有机盐类，具有如下特性：（1）在室温或接近室温下呈液态，大多数在300°C时仍能保持液体状态，液程范围宽；（2）几乎没有蒸汽压，不易燃、不易爆炸、污染小；（3）溶解范围广，对有机物、无机物、酸性气体和高分子材料等均具有较好的溶解性能；（4）热稳定性较好，可以很好地满足实际应用中苛刻的生产条件，使用后易再生，可以循环重复使用；（5）具有一定的酸碱性，可调节酸强度以达到特定的功能；（6）可调节的结构性能，可以通过尝试不同种类的阴、阳离子的组合设计出特定性质的离子液体。因此，可以根据需求设计出具有疏水性和特定吸附位点的功能化离子液体，进而作为改性剂提升脱硝催化剂的活性与抗水性能。

发明内容