一种富氧环境下NO和CO一体化脱除催化剂的制备方法及应用
本发明属于废气处理技术和环保催化环境领域，具体为一种富氧环境下no和co一体化脱除催化剂的制备方法及应用。
背景技术：
1、许多非电行业，如焦化、钢铁、烧结、水泥等行业，同时排放nox(300–900mg/nm3)和高浓度的co(1000–3000mg/nm3)，并伴随着较高的烟气氧含量(5-20％)，这些排放导致了一系列严重的环境问题，如臭氧污染和酸沉积等，因此有必要对其进行处理。
2、富燃(贫氧)条件下，三效催化技术(twc)可以有效控制汽、柴油机中的co和nox。然而，当反应体系中o2浓度高于0.3％(o2/co＞0.6)时，由于co氧化为co2，no转化率几乎为零，无法适用于富氧环境下nox和co的有效控制。氨选择性催化还原(nh3-scr)技术是目前国内燃烧烟气末端nox控制的主流技术。该技术通过外加还原剂(nh3)将nox在催化剂表面还原为n2，使得尾气中的nox得以降解，但该技术无法有效脱除烟气中的co。co催化氧化技术是最具潜力的co净化技术，其核心同样在于催化。该技术通过烟气中本身的高含量o2在催化剂表面将co氧化为co2。
3、富氧环境下将nh3-scr和co氧化结合起来理论上是可行的，因为二者均依赖于催化过程。此外，co氧化是一个强放热过程，其释放的热量可以促进nh3-scr的点火。如果nh3-scr反应和co氧化反应可以同时在同一催化体系中进行，势必将有力推动非电行业烟气污染物的低成本、集约化控制。该技术实施关键在于开发同时具有高活性co氧化和nh3-scr催化能力的双功能催化剂。
技术实现思路
1、本发明的目的在于：为解决焦化、钢铁、烧结、水泥等行业co和no一体化控制难题，提供一种富氧环境下no和co一体化脱除催化剂的制备方法，这是一种将强氧化还原性(cuox/ceo2)与强酸性(cuce/zsm-5)催化剂物理混合的策略，可在利用co催化氧化热量的同时实现nh3-scr稳定高效运行。得到的催化剂能在150-400℃实现co/no转化率、n2选择性均超过80％，并且在长时间含水环境下活性无明显降低。本发明的双功能物理混合催化剂合成工艺简单，易于实现工业化生产且成本低廉。
2、为了实现以上发明目的，本发明的具体技术方案如下：
3、一种富氧环境下no和co一体化脱除催化剂，该催化剂为双功能物理混合催化剂，由cuox/ceo2金属氧化物催化剂和cuce/zsm-5分子筛催化剂经物理混合制得；其中cuox/ceo2与cuce/zsm-5的质量比为1：1-2。
4、作为本技术中一种较好的实施方式，在所述的富氧环境下no和co一体化脱除催化剂中，所述cuox/ceo2金属氧化物催化剂以ceo2为载体，使用过量浸渍法将cu负载到ceo2载体上制得；其中cu负载量为3-8wt％(具体可为3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％等)。
5、作为本技术中一种较好的实施方式，在所述的富氧环境下no和co一体化脱除催化剂中，所述的cuce/zsm-5分子筛催化剂以zsm-5为载体，使用过量浸渍法将cu、ce负载到zsm-5载体上制得；其中cu和ce的负载量分别为3％-8％wt％(具体可为3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％等)和2％-6％wt％(具体可为2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％等)。
6、本技术的另外一个发明目的是保护以上任一项所述的富氧环境下no和co一体化脱除催化剂在焦化、钢铁、烧结、水泥行业尾气处理中的应用。
7、进一步的，所述的尾气处理是指对尾气中no和co的一体化控制。
8、本技术的另外一个发明目的是保护以上所述的一种富氧环境下no和co一体化脱除催化剂的制备方法，包括以下步骤：
9、将ceo2金属氧化物载体加入硝酸铜溶液中，轻微搅拌后使其进行浸渍，浸渍完成后的混合浆液在磁力搅拌条件下进行水浴加热去除多余的水分，再将得到的物质经研磨后获得催化剂前驱体粉末；最后将催化剂前驱体粉末经干燥、煅烧，得到cuox/ceo2催化剂；
10、(2)将zsm-5分子筛载体加入至由硝酸铜和硝酸铈组成的混合溶液中，轻微搅拌形成混合桨液；将混合浆液在磁力搅拌条件下进行水浴加热去除多余的水分，再将得到的物质经研磨后获得催化剂前驱体粉末；最后将催化剂前驱体粉末经干燥、煅烧，得到cuce/zsm-5催化剂；
11、(3)将步骤(1)和(2)中分别制备得到的cuox/ceo2催化剂和cuce/zsm-5催化剂研磨后按比例物理混合，得cuox/ceo2&cuce/zsm-5物理混合催化剂，该催化剂为富氧环境下no和co一体化脱除催化剂。
12、作为本技术中一种较好的实施方式，在所述的制备方法的步骤(1)中，硝酸铜溶液的浓度为3-8wt％(具体可为3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％等)；浸渍条件为室温，浸渍时间为40-60min(具体可为40min、45min、50min、55min、60min等)；磁力搅拌的温度为70-80℃(具体可为70℃、72℃、74℃、76℃、78℃、80℃等)，转速为200-400r/min；干燥条件为110-120℃(具体可为110℃、112℃、114℃、116℃、118℃、120℃等)，时间为过夜；煅烧条件为温度400-500℃(具体可为400℃、420℃、44 0℃、460℃、480℃、500℃等)，空气煅烧，时间为3-6h(具体可为3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h、6h等)。
13、作为本技术中一种较好的实施方式，在所述的制备方法的步骤(2)中，硝酸铜和硝酸铈的混合溶液中，硝酸铜的浓度为3-8wt％(具体可为3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％等)，硝酸铈的浓度为2-6wt％(具体可为2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％、5.5wt％、6wt％等)；磁力搅拌的温度为80-90℃(具体可为80℃、82℃、84℃、86℃、88℃、90℃等)，转速为200-400r/min；干燥条件为110-120℃(具体可为110℃、112℃、114℃、116℃、118℃、120℃等)，时间为过夜；煅烧条件为温度400-500℃(具体可为400℃、420℃、44 0℃、460℃、480℃、500℃等)，空气煅烧，时间为3-6h(具体可为3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h、6h等)。
14、作为本技术中一种较好的实施方式，在所述的制备方法的步骤(3)中，cuox/ceo2催化剂和cuce/zsm-5催化剂的质量比为1：1-2。
15、进一步的，以上任一所述的方法制备的富氧环境下no和co一体化脱除催化剂，在150-400℃实现co/no的高速转化，其中o2浓度高于0.3％。
16、对于cuox/ceo2&cuce/zsm-5物理混合催化剂，其中具有强氧化还原特性的cuox/ceo2被设计作为co氧化的主要位点，co氧化过程产生的热量进一步作为nh3-scr的热库被利用。强布朗斯特酸性cuce/zsm-5被设计作为nh3-scr位点，期望在高co分压下实现nh3的选择性捕获，避免nh3在强氧化还原位点被提前氧化。
17、与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
18、(一)可在富氧环境下实现no和co的一体化脱除。
19、(二)本发明制备的cuox/ceo2&cuce/zsm-5物理混合催化剂可以利用co氧化释放的热量，同时保护nh3-scr高效运行。
20、(三)该技术方案制备方法简单，便于操作，制备得到的催化剂可在宽温区(t80＝150-400℃)实现co和no的协同脱除。
技术特征：
1.一种富氧环境下no和co一体化脱除催化剂，其特征在于：该催化剂为双功能物理混合催化剂，由cuox/ceo2金属氧化物催化剂和cuce/zsm-5分子筛催化剂经物理混合制得；其中cuox/ceo2与cuce/zsm-5的质量比为1：1-2。
2.根据权利要求1所述的富氧环境下no和co一体化脱除催化剂，其特征在于：所述cuox/ceo2金属氧化物催化剂以ceo2为载体，使用过量浸渍法将cu负载到ceo2载体上制得；其中cu负载量为3-8％wt％。
3.根据权利要求1所述的富氧环境下no和co一体化脱除催化剂，其特征在于：所述的cuce/zsm-5分子筛催化剂以zsm-5为载体，使用过量浸渍法将cu、ce负载到zsm-5载体上制得；其中cu和ce的负载量分别为3-8wt％和2-6wt％。
4.如权利要求1-3任一项所述的富氧环境下no和co一体化脱除催化剂在焦化、钢铁、烧结、水泥行业尾气处理中的应用。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于：所述的尾气处理是指对尾气中no和co的一体化控制。
6.一种如权利要求1-3任一项所述的富氧环境下no和co一体化脱除催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，硝酸铜溶液的浓度为3-8wt％；浸渍条件为室温，浸渍时间为40-60min；磁力搅拌的温度为70-80℃，转速为200-400r/min；干燥条件为110-120℃，时间为过夜；煅烧条件为温度400-500℃，空气煅烧，时间为3-6h。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，硝酸铜和硝酸铈的混合溶液中，硝酸铜的浓度为3-8wt％，硝酸铈的浓度为2-6wt％；磁力搅拌的温度为80-90℃，转速为200-400r/min；干燥条件为110-120℃，时间为过夜；煅烧条件为温度400-500℃，空气煅烧，时间为3-6h。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，cuox/ceo2催化剂和cuce/zsm-5催化剂的质量比为1：1-2。
10.根据权利要求7-9中任一所述的方法制备的富氧环境下no和co一体化脱除催化剂在150-400℃实现co/no的高速转化，其中o2浓度高于0.3％。
技术总结
本发明属于废气处理技术和环保催化环境领域，具体为一种富氧环境下NO和CO一体化脱除催化剂的制备方法及应用。该催化剂为双功能物理混合催化剂，由CuO<subgt;x/</subgt;CeO<subgt;2</subgt;金属氧化物催化剂和CuCe/ZSM‑5分子筛催化剂经物理混合制得；其中CuO<subgt;x</subgt;/CeO<subgt;2</subgt;与CuCe/ZSM‑5的质量比为1：1‑2。本发明中的物理混合催化剂可以利用CO氧化释放的热量，同时保护NH<subgt;3</subgt;‑SCR高效运行。该技术方案制备方法简单，便于操作，可在宽温区(T<subgt;80</subgt;＝150‑400℃)实现CO和NO的协同脱除。
技术研发人员：杜学森,唐田,薛经宇,沈小强,陈金飞
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23