[发明专利]一种用于氮氧化物和挥发性有机物协同净化的改性锰基莫来石型催化剂、其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种用于氮氧化物和挥发性有机物协同净化的改性锰基莫来石型催化剂及其制备方法和应用，属于金属氧化物纳米粉体材料制备工艺领域。该方法所用原料易得，使用水热法和表面酸刻蚀法制备了金属掺杂的锰基莫来石型材料，再经后续热处理得到纳米粉体催化剂。制备的催化剂粉体颗粒尺寸较小，材料孔分布微介孔。而且本发明制备工艺简便快速，可重复性强，适合大规模生产。该催化剂在氮氧化物和挥发性有机物协同净化中具有较高的活性和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种金属掺杂和表面刻蚀改性的锰基莫来石型催化剂的制备方法及其应用，属于金属氧化物纳米粉体材料制备工艺领域。制备的催化剂粉体颗粒尺寸可控制在纳米级，材料孔分布基本可在微介孔范围内。该制备工艺简便快速，适合大规模生产。本发明制备的催化剂在氮氧化物和挥发性有机物协同净化中具有较高的活性和稳定性。

背景技术

垃圾焚烧发电排放的氮氧化物(NO_x)和挥发性有机化合物(Volatile OrganicCompounds，VOCs)已对人类健康和环境构成严重威胁。NO_x和VOCs会引起酸雨、光化学烟雾、低空臭氧、雾霾等影响生态环境和危害人体健康等环境问题。近年来，国家对于NO_x和VOCs的排放控制标准愈发严格，其有效治理迫在眉睫。因此对于垃圾焚烧发电产生的NO_x和VOCs的治理已成为国家改善大气环境的重点之一。选择性催化还原(SCR)是目前在垃圾焚烧、玻璃工业和发电厂中广泛应用的脱除NO_x的有效方法之一。对于特定的低温烟气，应根据不同的工况设计SCR催化剂。而对于VOCs的消除，与直接热燃烧相比，催化氧化燃烧技术因其高效和无二次污染的特点成为VOCs治理的主要方法。无论是低温SCR还是挥发性有机化合物的催化氧化，都要求催化剂具有高的氧化还原性能，而设计可以协同净化NO_x和VOCs的催化剂能有效的降低污染治理的成本。

在现有的氮氧化物排放控制技术中，氨选择性催化还原氮氧化物(NH₃-SCR)生成环境友好的氮气和水，是已取得明显效果的氮氧化物净化技术，并获得了广泛的应用。商业上广泛使用的负载型V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂(V-W(Mo)-Ti)催化剂在300～400℃具有近90％的氮氧化物转化效率，但是其VOCs催化氧化性能较差。而对于VOCs的消除，用于商业化的催化剂主要是以铂、钯、钌等贵金属作为活性组分制成的材料，在WO 0147634(2001)，US6625976(2003)等专利皆有报道。但因贵金属耐受性差，资源稀缺，价格昂贵。综上开发高效的非贵金属催化剂是协同消除NO_x和VOCs污染的有效途径。

锰基莫来石型(AB₂O₅)氧化物材料因其丰富可调的结构和优异的氧化还原能力而受到关注。CN103801288B专利文献报道了一种氧化一氧化氮(NO)的SmMn₂O₅催化剂，该催化剂的NO氧化能力较高。CN110605114A专利文献将SmMn₂O₅催化剂负载在各种载体上，并报道了用于NH₃-SCR的性能。CN110433794B专利文献公布了一种通式为AM₂O_5-x的莫来石型催化剂作为催化VOCs燃烧的催化剂的应用，该类型催化剂催化氧化各类VOCs的性能较为优异。然而根据已公布的专利文献来看，由于其NH₃-SCR的活性温窗与VOCs催化剂降解的温度窗口不匹配，因此无法应用于两者的协同去除。故对锰基莫来石型催化剂进行结构改性，达到同时对NOx和VOCs的协同催化降解具有重要意义。

发明内容