專利名稱：一種CuZSM-11催化劑在高效分解N₂O中的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于化工催化劑技術和環(huán)境保護領域，具體涉及ー種CuZSM-Il催化劑在高效分解N2O中的應用。
背景技術：
N2O產生于硝酸、己ニ酸生產以及機動車尾氣，是ー種溫室氣體和臭氧層消耗氣體。一般認為，目前大氣溫室氣體成分中，N2O對地球變暖的貢獻程度僅次于CO2和CH4，其全球變暖值分別為CO2和CH4的310倍和15倍，并且N2O在對流層中非常穩(wěn)定，平均壽命長。最新研究表明，這種無色有甜味的氣體已經成為人類排放的首要消耗臭氧層物質。大氣中N2O的背景濃度從エ業(yè)革命之前的270 ppb增加到2000年的316 ppb，而且隨著工業(yè)化進程的不斷提高和機動車數(shù)目的迅猛增加，每年以0. 2%-0. 3%的速度増加。因此研究能夠高效消除N2O的技術和方法具有重要的現(xiàn)實意義。

消除N2O的方法有熱分解、選擇催化還原、直接催化分解。熱分解能耗高，選擇催化還原往往需要加入烴類或氨作為還原劑易造成二次污染，因此消除N2O更多地選擇直接催化分解。直接催化分解使用的催化劑主要是貴金屬、金屬氧化物和負載型沸石分子篩。隨著沸石分子篩的合成技術不斷發(fā)展，以其為載體的負載型催化劑受到了越來越廣泛的關注，尤其是ZSM-5，Cu2+交換的ZSM-5催化劑在N2O直接催化分解中獲得了較高的活性，但其孔道結構中除了直孔道外，還存在正弦孔道，正弦孔道不利于反應物與活性位接觸，限制了催化劑活性的提高。因此，尋找ー種只含有直孔道且結構與ZSM-5相似的沸石分子篩作為載體，即可克服此缺點。ZSM-Il與ZSM-5同屬Pentasil家族，孔徑等織構性質與ZSM-5都很相似，但其結構孔道只有直孔道，更為規(guī)整，將CuZSM-Il應用于催化分解N2O尚未見文獻報道。本發(fā)明將CuZSM-Il用于N2O直接分解反應，取得了較好的活性和穩(wěn)定性，其催化活性明顯高于傳統(tǒng)的CuZSM-5催化劑。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供ー種CuZSM-Il催化劑在高效分解N2O中的應用，該催化劑用于N2O直接分解反應，具有活性高和穩(wěn)定性好的優(yōu)點。本發(fā)明提出的CuZSM-Il催化劑在高效分解N2O中的應用，所述催化劑采用ZSM-Il為載體，將活性元素Cu負載在ZSM-Il上，催化N2O分解成O2和N2，其中所述的負載方法是離子交換法，所述催化劑的Si/Al比為10-100。本發(fā)明中，CuZSM-II催化劑用于N2O分解成N2和O2中，以He為平衡氣，通過調整N2O量控制其濃度。其中，催化分解N2O的反應條件為
(1)催化反應的溫度為300-500°C；
(2)He為平衡氣，N2O的濃度為1000-7000 ppm ；
(3)N2O和He混合氣體的氣時空速范圍為5000-20000 1T1。本發(fā)明中，所述CuZSM-Il催化劑的制備方法，具體步驟如下(1)水熱晶化法合成載體NaZSM-II
以NaAlO2為鋁源，TEOS為硅源，TBAOH為模板劑，混均后攪拌4_8小吋，在水熱釜內140-160°C晶化2-10天，晶化后樣品經500-600°C空氣氣氛焙燒5_7小時，然后再與濃度為5%-15%(質量百分比)的NaNO3溶液進行離子交換，制得NaZSM-II，其中所述TEOS和NaAlO2的摩爾比為10 1-100 1 ；
(2)離子交換法合成CuZSM-Il
將步驟(I)所得的NaZSM-II與Cu (Ac)2溶液在25-80°C進行過量離子交換60-90小吋，經過濾后，濾餅在95 -IlO0C干燥18-30小時，得到目標產物CuZSM-Il沸石分子篩。本發(fā)明中，步驟(I)中所述TBAOH與NaAlO2的摩爾比為5 :1_8 :1。本發(fā)明中，步驟(I)中焙燒后樣品與NaNO3溶液進行離子交換，其液固比為7-17mL/g0 本發(fā)明中，步驟(2)中所述Cu(Ac)2溶液的濃度為7-17 mM, NaZSM-Il與Cu(Ac)2溶液的液固比為20-100 mL/g。本發(fā)明中，CuZSM-Il催化劑的活性可以通過改變硅鋁比來改變，Si/Al比控制在10-100范圍內。本發(fā)明中載體ZSM-Il的結構與ZSM-5相似，但只含有直孔道，此結構特點有利于提高負載型銅催化劑催化分解N2O的活性，CuZSM-Il催化劑的活性明顯高于傳統(tǒng)的CuZSM-5催化劑，且硅鋁比越低活性越高，此方法制備的CuZSM-Il催化劑具有高效的催化活性，在400で時N2O分解率即達到100%。本發(fā)明運用簡單的方法，制備了 CuZSM-Il催化劑，對N2O分解具有較好的催化活性和穩(wěn)定性，很大程度上減少了 N2O的環(huán)境污染，具有良好的經濟和社會效益。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明作進ー步的闡述。實施例I
按如下方法制備CuZSM-Il催化劑
(I)稱取0. 787g的NaAlO2溶于6g去離子水，將該溶液加到54g的25% TBAOH溶液中，攪拌至澄清，然后向上述混合溶液中緩慢滴加30g的TE0S，滴加完畢后在室溫下攪拌4小時，然后在水熱釜內150°C晶化3天。晶化后樣品經550°C空氣氣氛焙燒6小時，然后再與10%的NaNO3溶液以液固比10 mL/g于80°C交換4小時制得NaZSM-11，其Si/Al比為15。(2)得到的NaZSM-Il與10 mM的Cu(Ac)2溶液以液固比60 mL/g于25°C交換3次，每次24小時，制得CuZSM-Il催化劑。將上述催化劑0. 2g裝入內徑8mm的石英管中，先在500°C氦氣氣氛中預處理2小時，然后通入N2O和He的混合氣體進行反應，混合氣體的氣時空速為9200 h' N2O濃度為5000 ppm,反應溫度350°C吋，N2O分解率為50%，反應溫度在400°C及以上吋，N2O分解率達到 100%O實施例2
鋁源NaAlO2的量為0. 472g，催化劑(Si/Al比為25)其余制備過程及評價過程同實施例I。反應溫度355°C吋，N2O分解率為50%，反應溫度在400°C及以上吋，N2O分解率達到100%。
實施例3
鋁源NaAlO2的量為0. 337g，催化劑(Si/Al比為35)其余制備過程及評價過程同實施例I。反應溫度393°C吋，N2O分解率為50%，反應溫度在450°C及以上吋，N2O分解率達到100%。實施例4
催化劑(Si/Al比為15)的制備過程同實施例I。將0. Ig催化劑裝入內徑8mm的石英管中，N2O和He混合氣體的氣時空速為18400 IT1，其余評價過程同實施例I。反應溫度365°C吋，N2O分解率為50%，反應溫度在410°C及以上吋，N2O分解率達到100%。 對比例I
載體為ZSM-5(Si/Al比為15)，Cu-ZSM-5催化劑的制備過程同實施例I中的步驟(2)，反應評價過程同實施例I。反應溫度450°C吋，N2O分解率為50%，反應溫度500°C吋，N2O分解率為94. 4%。
權利要求
1.一種CuZSM-I I催化劑在高效分解N2O中的應用，其特征在于所述催化劑采用ZSM-II為載體，將活性元素Cu負載在ZSM-Il上，催化N2O分解成O2和N2，其中所述的負載方法是離子交換法，所述催化劑的Si/Al比為10-100。
2.根據(jù)權利要求I所述的應用，其特征在于以He為平衡氣，通過調整N2O量控制其濃度，催化分解N2O的反應條件為 (1)催化反應的溫度為300-500°C； (2)He為平衡氣，N2O的濃度為1000-7000 ppm ； (3)N2O和He混合氣體的氣時空速范圍為5000-20000 h'
3.—種如權利要求I所述的CuZSM-Il催化劑在高效分解N2O中的應用使用的催化劑CuZSM-Il的的制備方法，其特征在于具體步驟如下 (1)水熱晶化法合成載體NaZSM-II 以NaAlO2為鋁源，TEOS為硅源，TBAOH為模板劑，混均后攪拌4_8小時，在水熱釜內140-160°C晶化2-10天，晶化后樣品經500-600°C空氣氣氛焙燒5_7小時，然后再與濃度為5%-15%的NaNO3溶液進行離子交換，制得NaZSM-ΙΙ，其中控制硅源中的Si與鋁源中的Al的摩爾比為10 :1-100 1 ； (2)離子交換法合成CuZSM-Il 將步驟(I)所得的NaZSM-Il與Cu (Ac)2溶液在25_80°C進行過量離子交換60-90小時，經過濾后，濾餅在95 -IlO0C干燥18-30小時，得到目標產物CuZSM-Il沸石分子篩。
4.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述TBAOH與NaAlO2的摩爾比為5 :1-8 :1。
5.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟(I)中焙燒后樣品與NaNO3溶液進行離子交換，其液固比為7-17 mL/g。
6.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述Cu(Ac)2溶液的濃度為 7-17 mM, NaZSM-Il 與 Cu (Ac) 2 溶液的液固比為 20-100 mL/g。
全文摘要
本發(fā)明屬于化工催化劑技術和環(huán)境保護領域，具體為一種CuZSM-11催化劑在高效分解N2O中的應用。本發(fā)明的催化劑是CuZSM-11沸石分子篩，本發(fā)明采用水熱晶化法合成了NaZSM-11，進一步與Cu(Ac)2溶液過量交換制得CuZSM-11。該類催化劑可用于N2O直接分解反應，取得了較好的活性和穩(wěn)定性，在400℃時N2O分解率即達到100%，催化活性明顯高于傳統(tǒng)的CuZSM-5催化劑。
文檔編號B01D53/56GK102764586SQ201210260278
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權日2012年7月26日
發(fā)明者樂英紅, 華偉明, 尚書寧, 徐欣, 謝鵬飛, 馬臻, 高滋 申請人:復旦大學