[发明专利]一种镍掺杂MOF-5材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种镍掺杂MOF‑5材料及其制备方法和应用，是将可溶性锌盐、可溶性镍盐和对苯二甲酸H₂BDC溶解于极性酰胺溶剂中通过一步溶剂热法形成产物Ni_x‑MOF‑5。然后将干燥后的产物置于坩埚中放入马弗炉内进行焙烧得到Ni_x‑MOF‑5催化剂。本发明的锌基脱硝催化剂Ni_x‑MOF‑5能够在低温下让含有一氧化碳和一氧化氮气体的烟气通过该催化剂发生氧化还原反应，使一氧化碳和一氧化氮分别转化为二氧化碳和氮气，尾气通过石灰水后回收，从而达到低温催化脱硝和以废治废的目的，180℃和240℃脱硝效率分别达到86％和94％以上，尾气达到现行排放标准。

技术领域

本发明属于脱硝催化材料技术领域，涉及一种CO还原低温脱硝催化剂Ni_x-MOF-5材料及其制备方法和应用。

背景技术

烟气脱硝是目前烟气环保领域急需解决的问题之一。目前工业化应用较广的脱硝催化剂是以NH₃为还原剂,催化还原氮氧化物的V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂催化剂，但它的进一步应用由于其在低温段的催化活性不高、成分含毒和制备成本高昂等问题而受到限制。并且采用NH₃作为还原剂存在以下几个问题：(1)NH₃逃逸，造成环境污染；(2)NH₃运输困难成本高，对设备腐蚀能力强，对设备要求很高；(3)有SO₂等酸性气体存在时易于NH₃反应，生成其他产物，造成NH₃的损失和催化剂的失活。因此有必要研究其他类型脱硝催化剂。

MOF-5是典型的MOFs材料，由ZnO₄和[O₂C-C₆H₄-CO₂](BDC)基团组成。由于其具有较高的热、化学和机械稳定性，受到极大关注。本发明使用一步溶剂热法，将镍元素掺入MOF-5对其进行改性，成功制得高结晶度、保留原有立方体形态的Ni_x-MOF-5，并且极大提高了MOF-5的脱硝效率。

MOF-5在脱硝领域鲜有研究。本发明以废气中常见的CO气体作为还原剂，使CO和NO通过催化剂Ni_x-MOF-5发生氧化还原反应得到CO₂和N₂(氧化还原反应式为NO+CO→CO₂+N₂)，达到去除NO、以废治废的目的。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种CO还原低温脱硝催化剂Ni_x-MOF-5及其制备方法和应用，为烟气脱硝SCR催化提供了新的途径和选择，实现了资源最大限度的利用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种镍掺杂MOF-5材料，是在MOF-5晶体结构中掺杂了镍，得到的Ni_x-MOF-5，x＝1：24～1：3，优选1：24～1：12，进一步优选1:12。

一种镍掺杂MOF-5材料的制备方法，包括以下步骤：将可溶性锌盐、可溶性镍盐、H₂BDC溶解于极性酰胺溶剂中搅拌均匀得到的溶液进行溶剂热反应，反应结束后，将产物洗涤、过滤、干燥、焙烧得到Ni_x-MOF-5，x＝1：24～1：3，优选1：24～1：12，进一步优选1:12。