專利名稱：微波催化凈化氮氧化物的新型催化劑及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種脫除氮氧化物的催化劑和制備方法，以及其在微波輔助催化的作用下對氮氧化物凈化的方法。
背景技術：
環(huán)境污染和防治一直是各個國家關注的焦點，氮氧化物是造成大氣污染的主要污染源之一，因其難于被有效去除而備受討論和研究。催化脫除氮氧化物被公認為是目前最有研究價值，最有發(fā)展前景的凈化方法；而微波對化學反應有明顯的輔助催化作用，將兩者結合運用，將被吸附在催化劑表面上的氮氧化物和氧氣分子在微波場下被激化成活性物質(電子，正負離子或自由基)，并重新組合——分解或被氧化，從而達到氮氧化物脫除的目的和效果。
利用電暈放電等離子體法脫除氮氧化物在國內外已有很多報道。其缺點是投資大，能源利用率低，運行成本高，且與催化劑一同使用時效果不好。
微波放電與電暈放電相比較，優(yōu)點是微波加熱屬于內加熱的方法，溫度提升快、無溫度梯度且能源利用率高，運行成本低。
近年來，微波催化取得了長足的發(fā)展，國內外對微波催化凈化氮氧化物的研究報道也逐年增加。國內率先開展微波催化研究的中科院大連化學物理研究所研究開發(fā)了多種催化劑和催化裝置，并發(fā)表了多項專利。申請?zhí)枮?8114335.0的專利中講述的催化劑由負載活性組分銦的分子篩和具有吸波性質的氧化鐵組成，在有大量氧氣存在的氣氛中，以甲烷為還原劑，一氧化氮被還原成氮氣的轉化率達到100％。中國發(fā)明專利(申請?zhí)枮?0136248.8)中敘述的催化劑是以多孔蜂窩陶瓷為基質和含貴金屬或其氧化物的高比面的氧化鋁為涂層構成，在微波場作用下，當溫度達到400℃以上時，NO轉換率達到90％以上。
上述專利中所用的催化劑都含有貴金屬或稀有金屬，原料成本高昂，制備工藝要求繁瑣、周期較長，從而限制了其在大規(guī)模工業(yè)化中的應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種微波催化凈化氮氧化物的新型催化劑及其制備方法和應用。
本發(fā)明的氮氧化物凈化催化劑，以具有吸收微波性能的二氧化錳為活性組分，以氧化鋁為載體，其中二氧化錳與氧化鋁重量比為1∶4～1∶30；本發(fā)明的催化劑的制備方法包括如下步驟將二氧化錳、氧化鋁和水混合研磨(水的加入量為二氧化錳和氧化鋁總重量的5～15％)，然后壓片(壓強為40～80Mpa)，風干(時間為3～5小時)，再粉碎成10-20目的顆粒，于120～140℃下烘2～5小時，即獲得本發(fā)明的催化劑；或采用如下的方法制備先將重量濃度為30～70％的硝酸錳溶液與氧化鋁混合研磨，靜置1～3小時，壓片成型(壓強為40～80Mpa)，風干(時間為3～5小時)，然后在200～230℃下烘2～5小時，待顏色變黑后，在400～1000℃下焙燒8～12小時，粉碎，即得本發(fā)明的催化劑。
本發(fā)明的催化劑可用于在微波的輔助催化作用下對氮氧化物的凈化。微波頻率為2450±50MHz，微波功率為330W～390W。
本發(fā)明的技術關鍵是開發(fā)出一種新型的混合催化劑，其中的二氧化錳是能穩(wěn)定且強烈吸收微波的物質，其在凈化氮氧化物的化學反應中具有較強的催化活性；而氧化鋁是具有巨大比表面積的載體物質，將兩者加工成一種新型的催化劑，使吸附在催化劑表面上的氮氧化物在微波場下被激發(fā)分解或氧化，從而起到凈化的效果。
本發(fā)明微波凈化氮氧化物的原理是吸附在催化劑表面上的氮氧化物和氧氣分子在微波場下被激化成活性物質(電子，正負離子或自由基)，它們之間互相碰撞重組，最終氮氧化物被氧化或被分解，達到脫除氮氧化物的目的。
本發(fā)明的催化劑成本低、制備工藝簡單，生產周期短，具有很高的實用價值。


圖1為微波反應器結構示意圖。
具體實施例方式
下面通過實驗實施例對本發(fā)明進行具體描述，有必要指出的是本實施例只用于對本發(fā)明做進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領域的技術熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內容做出一些非本質的改進和調整。
實施例1 催化劑的制備壓片法制備催化劑吸波物質二氧化錳為分析純(含量85％)，載體氧化鋁為中性層析用氧化鋁，粒徑為100-200目。稱取一定量的二氧化錳與氧化鋁放入研缽中，加入適量的蒸餾水，充分混合，然后在壓片機下壓片(壓強為50Mpa)，風干3小時，再粉碎成10-20目的顆粒，于120℃下烘3小時，樣品取出備用。
浸漬法制備催化劑溶液為50％硝酸錳溶液(硝酸錳為分析純)，載體氧化鋁同上。稱取一定量的氧化鋁和硝酸錳溶液，在研缽中充分混合，滲透均勻，靜置2小時，在壓片機下壓片成型(壓強為50Mpa)，風干3小時，然后轉入干燥箱中在210℃下烘3小時，待顏色變黑后，此時再置于焙燒爐在500℃下燒10小時，敲碎，篩分出10-20目的顆粒，備用。
實施例2使用壓片法制得的催化劑，采用圖1的石英管反應器在微波場下對氮氧化物進行脫除。
實例中氣氛為NO 500ppm、O210％、其余為N2，空速1500h-1；石英管反應器內徑為2.5cm，高為25cm，下端設有孔徑為50目的玻璃篩，管內部有一根內徑為5mm的封閉的石英管伸到反應器外部，用于放置熱電偶以測量催化劑層溫度。將制備好的催化劑顆粒置于玻璃篩上，將氣體通入反應器，開啟微波，微波功率由調壓器控制，氣體成分由英國kane公司制造的KM900煙氣成分分析儀測得。
表1 壓片法催化劑對NO的脫除

注氣體濃度單位為ppm，α為脫除率，微波頻率為2450±50MHz，調壓器功率為370W。
實施例3使用浸漬法制得的催化劑，研究其在微波場下對氮氧化物脫除。
試驗裝置如實施例2。實例中氣氛為NO 500ppm、O210％、其余為N2，空速1500h-1。
表2 浸漬法催化劑對NO的脫除

注氣體濃度單位為ppm，α為脫除率，調壓器功率為370W。微波頻率為2450±50MHz。
實施例4采用浸漬法制得的不同配比的催化劑，研究其在微波場下對氮氧化物的反應活性。
表3不同配比的催化劑微波催化反應活性

注進口NO 500ppm、O210％、其余為N2，空速1500h-1，調壓器功率為370W，脫除率為300℃下測得。微波頻率為2450±50MHz。
權利要求
1.一種氮氧化物凈化催化劑，以具有吸收微波性能的二氧化錳為活性組分，以具有高比表面積的氧化鋁為載體，其特征在于所用催化劑中二氧化錳與氧化鋁重量比為1∶4～1∶30。
2.按照權利要求1所述的氮氧化物凈化催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟先將二氧化錳、氧化鋁和水混合研磨，然后將其壓片(壓強為40～80Mpa)，風干(時間為3～5小時)，粉碎成10-20目的顆粒后，再于120～140℃下烘2～5小時，即獲得本發(fā)明的催化劑；或采用如下的方法制備將重量濃度為30～70％的硝酸錳溶液與氧化鋁混合研磨，靜置1～3小時，壓片成型(壓強為40～80Mpa)，風干(時間為3～5小時)，然后在200～230℃下烘2～5小時，待顏色變黑后，在400～1000℃下焙燒8～12小時，再經粉碎，即可得到本發(fā)明的催化劑。
3.一種脫除氮氧化物的方法，其特征在于所用的催化劑為權利要求1或權利要求2所述的氮氧化物凈化催化劑，通過其在微波的輔助催化作用下對氮氧化物凈化。
4.按照權利要求3所述的脫除氮氧化物的方法，其特征在于微波頻率為2450±50MHz，微波功率為330W～390W。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以二氧化錳為活性組分、以氧化鋁為載體制備而成的新型催化劑及其在微波場下對氮氧化物凈化的方法。鑒于微波對化學反應有強的輔助催化效應，通過偶合它與本催化劑較強的催化活性，實現(xiàn)了對氮氧化物顯著的脫除效果，脫除率可達到90％以上。該類型催化劑制備工藝簡單，制備周期短，在微波場下不會失活，具有很高的實用價值。
文檔編號B01D53/86GK1736558SQ20051002796
公開日2006年2月22日 申請日期2005年7月21日 優(yōu)先權日2005年7月21日
發(fā)明者徐云龍, 錢秀珍, 徐小全, 許東海, 吳春梅 申請人:華東理工大學