[发明专利]一种微波催化消除氮氧化合物催化剂

说明书

本发明涉及环境保护课题，特别提供了一种消除氮氧化合物(NOx)时所使用的微波催化剂、制备方法及微波催化过程。

环境污染与防治是举世瞩目的课题，因此，作为大气污染的主要方面之一，氮氧化合物(NOx，即NO和NO₂)的消除已受到世界各国的关注。催化消除是目前国际上应用最广的处理氮氧化合物的净化技术。烃类选择还原NOx(SCR)现在被公认为消除NOx最有应用前途的方法。而天然气(其主要成分是甲烷)储量丰富，远比其它烃类更容易获得，不仅广泛应用于工业生产，而且几乎存在于每一种燃料的尾气中，因此，用甲烷催化还原NOx是一种实用而廉价的方法。USP5149112的专利指出，含氧气氛下，适量甲烷为还原剂，离子交换法制备的Co-ZSM-5活性最好。JP06,262,039提出在ZSM5分子筛或镁碱沸石担载的铟催化剂作用下，有氧存在时，还原剂甲烷和一氧化碳同时作用，能有效脱除氮氧化合物，JP06,132,139提出ZSM5分子筛担载的以碱金属为助剂的铟催化剂，有氧存在时，甲烷作还原剂，担载型In/HZSM5对氮氧化合物有较高的转化率。此外，有关文献还报道了以甲烷为还原剂，氧气存在条件下，Ga/HZSM5、Pd/HZSM5等催化剂的NOx转化率也较高。但是，随着氧气浓度、气体空速的增大，该类催化剂的活性都大大下降。针对上述问题，世界各国都在探索消除氮氧化合物的新途径，微波催化消除NOx是九十年代以来新兴的方法之一。美国FORD公司与加拿大皇后大学于93年在国际上首先开展了微波催化处理汽车尾气的实验室原理研究，所采用的催化剂为Pt/Cordierite或Pd/Cordierite，由于该催化剂对微波的利用率太低(＜30％)，未取得令人满意的结果，只比常规处理方法提高5％；USP5246554，USP5256265，USP5269892专利指出，利用活性炭作为催化剂，同时又作为还原剂，微波催化消除NOx，转化率可达90％；中国申请号为NO.961194863专利提出，以SiC为微波载体的汽车尾气微波净化催化剂，在800瓦微波作用下，NOx转化率可达80％以上。

本发明的目的在于提供一种在大量氧气存在条件下，适用于微波催化的高效消除氮氧化合物的新型微波催化剂。

本发明提供了一种在大量氧气存在条件下，适用于微波催化高效消除氮氧化合物的新型微波催化剂，其特征在于：该催化剂的第一活性组分为铟，担载在天然或人工合成的分子筛上，分子筛的硅铝比小于50，分子筛担载铟的重量百分含量为0.5～20％；加入介电常数较高，耐高温氧化的吸波材料作为微波载体，该种载体选择为氧化铁，铁为该催化剂的第二活性组分，分子筛与氧化铁的重量比为10∶0.5～10∶20。

本发明提供的催化剂可以通过将可溶性的铟盐(In(NO₃)₃或InCl₃)与分子筛和氧化铁的混合物采用浸渍法制得，也可以将In₂O₃与分子筛和氧化铁的混合物采用机械混合法制得，焙烧温度550～900℃，时间3～6小时。本发明提供的催化剂在微波催化消除氮氧化合物反应中应用，以甲烷为还原剂，[CH₄]/[NO]浓度比为0.2～8.0，原料气空速为1000～100000h^-1，反应压力为常压。氧气浓度最佳在2.0～10.0％之间。本发明提供的微波催化剂，只以铟、铁为催化剂的活性组分，只以氧化铁为催化剂的微波载体，在低温时反应性能优良，氮氧化合物转化率可达100％。不仅如此，本发明还提供了一种新的微波催化机理，即提供了一种可以在微波催化反应中应用的微波载体，其对微波能具有快速积累、转化和传递给反应分子的能力，并在催化表面和其余的反应体系间产生温度梯度，使产物分子迅速脱离高温反应区，充分发挥微波催化效果。本发明提供的催化剂制备方法简单，所需的微波催化装置已有成熟的生产技术条件，有利于工艺放大，对于氮氧化合物的微波催化消除工业应用有极大的实用意义。下面通过实施例详述本发明。

实施例1  催化剂的制备