[发明专利]低温脱除高浓度笑气的非贵金属催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种低温脱除高浓度笑气的非贵金属催化剂及制备方法和应用，属于环境保护领域，可缓解温室效应等问题。所述铜基催化剂是以铜的氧化物为主催化剂，以铁的氧化物为助催化剂。该催化剂采用溶解热合成和行星球磨等工艺制备而成，无需载体和粘结剂等助剂，制备工艺简单，成本低，经济效益好。本发明非贵金属铜基催化剂用于低温下脱除高浓度笑气表现良好，在300℃下，笑气体积分数10%时，脱除率可达到90%以上。改工艺在低成本的情况下缓解了笑气污染问题，具有良好的经济效益和社会效益，符合绿色低碳发展的要求。

技术领域

本发明涉及一种低温脱除高浓度笑气的非贵金属催化剂低温脱除高浓度笑气的非贵金属催化剂，应用于化工生产过程中产生笑气污染的场合。该技术属于大气污染治理领域、尼龙化工的清洁生产领域和工业催化反应工程领域。

背景技术

笑气（N₂O）是六种温室气体中的一种，温室效应约为二氧化碳310倍，已经被列入“联合国气候变化框架公约”，由于它的性质极其稳定，在大气层中可长时间存留约达150年。笑气的主要危害是破坏臭氧层，形成臭氧层空洞，最终造成温室效应。据了解，笑气是目前对臭氧层破坏程度最大的物质，它的全球变暖潜能值 （GWP） 约为CO₂的300倍。相关文献指出，N₂O正以每年0.2%的速度在增长，即是说它正在缓慢的侵蚀我们的臭氧层并造成破坏。大气中的N₂O大部分来自工业生产排放的尾气，排放量最大的是己二酸和尼龙-66的工业生产过程中产生的；其他的来源于汽车尾气、生物质燃烧、废水及城市生活垃圾等。N₂O的化学性质极其稳定，如何将它分解或处理，减少N₂O对大气污染的影响是近几年来化工领域的研究热点。

近年来，全球包括我国出现大量的极端天气，北极升温带来冰下甲烷溢出风险逐渐加剧，一旦大量温室气体甲烷释放到大气中，会加剧温室效应，形成灾难性的恶性循环，因此缓解温室效应，降低笑气排放是关系人类安危，全球生物生存的关键问题。

化工行业与我们生活息息相关，在我国经济发展中是不可或缺的重要组成部分，促进了我国的经济发展。目前，化工生产带来的环境污染问题非常严峻,随着国家提倡可持续发展战略，绿色化工技术逐渐发展起来。综合考虑成本环境污染等因素，硝酸作为氧化剂在化工生产中使用非常广泛，其主要缺点是副产大量的氮氧化物，其中一氧化氮和二氧化氮容易被氧化回收，笑气具有很高的热力学稳定性，难以处理。在尼龙产业链中己二酸是生产尼龙-66的主要中间体，己二酸的生产一般是采用硝酸氧化工艺，该工艺相对较成熟，生产中难免产生难处理的笑气。

有鉴于此，特提出本发明。本发明提出了采用非贵金属的催化氧化法，去除硝酸工业中产生的笑气。该工艺具有成本低，处理效果好的优点，解决了笑气排放问题，缓解了全球温室效应。

发明内容

针对目前硝酸氧化工艺中笑气难处理的问题，本发明提供一种非贵金属铜基催化剂用于低温脱除高浓度笑气，解决了上述笑气处理工艺苛刻能耗高、成本高等笑气难处理的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种低温脱除高浓度笑气的非贵金属催化剂，所述非贵金属催化剂为铜基催化剂，所述铜基催化剂以铜氧化物为主催化剂，以铁氧化物为助催化剂，无需载体和粘结剂等助剂，其中铜氧化物的质量分数为20-90w.t.%，其余为铁氧化物，所述非贵金属催化剂的比表面积为10-50m²/g，颗粒尺寸为0.1微米-20微米，颗粒尺寸主要集中在大尺寸10微米左右和100纳米左右的小颗粒。

本发明所述的低温脱除高浓度笑气的非贵金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将铜盐和铁盐加入由高黏度溶剂和低黏度溶剂组成的混合溶剂中搅拌至完全溶解，形成双溶剂金属盐溶液；

（2）向步骤（1）中得到的双溶剂金属盐溶液中加入水溶性分散剂和油溶性分散剂搅拌得到混合溶液；