CN103394344A - 一种氧化铬担载锰催化剂及其制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氧化铬担载锰催化剂及其制备和应用。一种氧化铬担载锰催化剂的制备方法,其特征在于,沉淀法制备获得氧化铬载体,浸渍或沉积沉淀法获得氧化铬担载锰催化剂,铬源和锰源为硝酸盐。该催化剂采用沉淀法制备氧化铬载体,浸渍或沉积沉淀法制备氧化铬担载锰催化剂,将其应用于NO的常温常压催化氧化反应中,能够在常温常压催化氧化NO为NO2,获得极高的转化率,并且能够长时间保持高活性和高稳定性。本发明催化剂原料易得,工艺简单,具有极好的应用前景。

Description

一种氧化铬担载锰催化剂及其制备和应用
技术领域
本发明涉及一种氧化铬担载锰催化剂及其制备和应用,主要针对环境中的NO催化氧化,适用于空气污染物的消除,在环境净化领域具有应用前景。
背景技术
随着城市化进程快速发展,隧道,停车场,煤矿等半封闭空间越来越多.在这些半封闭空间内,由于自然通风受到限制,机动车排放的尾气无法及时排出,致使污染物累积,空气污染严重,氮氧化物(NOx )是主要的污染物之一,每年来自全国机动车的排放量高达583.3万吨,90%以上为一氧化氮(NO).最常用的NOx治理技术是选择性催化还原法(SCR),但该方法需要具有较高的反应温度(通常为200 - 400℃),无法适用于半封闭空间内NOx的常温消除.采用气相选择性催化氧化,即先将NO催化氧化为NO2,再用碱液进行吸收消除,是一种行之有效的方法。
目前用于NO常温催化氧化的催化材料报道最多的是活性炭纤维(ACF),碱液涂覆或掺杂改性的活性炭纤维或活性炭(AC)等.早在上世纪五十年代,Kircher等发现沥青基活性炭纤维具有更好的NO常温催化氧化性能,随后,不同研究者相继报道了不同种类或掺杂改性的活性炭纤维的NO常温催化氧化性能。从这些研究中发现,该类催化材料具有较大的比表面积,较多的孔隙结构和表面官能团,主要通过对NO吸附再氧化进行反应,但是产生的NO2很容易吸附在炭表面,随着NO2的增多,表面活性位减少,活性下降,无法满足实际的应用需求,因此急需开发出一种活性高、稳定性好的常温催化氧化NO催化剂,具有高效稳定性,用于半封闭空间内污染物的净化。
有文献表明,过渡金属氧化物催化剂具有较好的催化氧化活性,详细考察了Mn,Ce,Co,Fe四种过渡金属氧化物,发现在250-350℃温度范围内,NO催化氧化活性顺序为MnOx > CoOx > CuOx > FeOx,当温度低于200℃时这四种催化剂的催化氧化活性都很低,考察了一系列过渡金属氧化物催化剂,发现在200 ℃时,Mn,Cr和Co 3种金属氧化物具有较好的NO催化氧化活性,转化率甚至高于50%。研究发现,300℃下,相比于CuO ,ZnO和V2O5催化剂,Cr2O3表现出了较好的NO催化氧化活性,对TiO2担载的Cr-Ce催化剂用于NO催化氧化反应做了详细的研究,考察了Cr/Ce摩尔比,活性组分负载量,载体种类,焙烧温度等因素的影响,发现Cr/Ce摩尔比为2:1,Cr2O3和CeO2总负载量为载体重量的30%,350℃焙烧获得的无定形Cr-Ce/TiO2催化剂具有最佳的转化率80.7%。虽然发现氧化铬催化剂具有较好的催化氧化活性,但目前国内外尚无人报道氧化铬催化剂在常温下具有NO催化氧化性能,更无人报道氧化铬担载的锰催化剂的NO常温催化氧化性能. 因此在本发明中,不仅考察了氧化铬作为载体对NO常温催化氧化性能的影响,而且详细研究了氧化铬担载锰催化剂及其制备工艺对NO常温催化氧化活性的影响。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种用于NO常温催化氧化的氧化铬担载锰催化剂及其制备和应用。
一种氧化铬担载锰催化剂的制备方法,其特征在于,沉淀法制备获得氧化铬载体,浸渍或沉积沉淀法获得氧化铬担载锰催化剂,铬源和锰源为硝酸盐。
所述氧化铬载体采用沉淀法制备获取,具体为:称取硝酸铬10.0 克溶解于100 毫升去离子水中,在常温搅拌,加入沉淀剂氨水,调节PH=8后,搅拌5-8小时,过滤,洗涤,60-150℃干燥12小时,100-700℃煅烧2-6小时,获得氧化铬载体。
所述采用浸渍或沉积沉淀法制备氧化铬担载锰催化剂,具体为:
1)浸渍法:
称取3.0克去离子水,加入硝酸锰,再加入上述获得的氧化铬载体5.0g,搅拌,室温静置12小时,放入60-150℃烘箱干燥12小时,在200-700℃焙烧2-6小时,锰的理论担载量为载体的50%。
2)沉积沉淀法:
称取100毫升去离子水,加入硝酸锰,再加入上述获得的氧化铬载体5.0g,60℃搅拌,逐滴加入沉淀剂氨水,调节PH=7-9,搅拌5小时,后过滤洗涤,放入60-150℃烘箱干燥12小时,在100-700℃焙烧2-6小时,锰的理论担载量为载体的50%。
一种氧化铬载锰催化剂,其特征在于,根据权利要求1-3任意一项所述方法制备得到。
一种氧化铬载锰催化剂用于一氧化氮催化氧化反应,在常温常压高效催化氧化一氧化氮的应用。
原料采用硝酸盐(硝酸铬,硝酸锰等)作为前躯体,采用沉淀法制备氧化铬载体,后采用浸渍或沉积沉淀法制备氧化铬担载锰催化剂,该催化剂具有在常温常压下较高催化氧化NO的反应活性和相对较好的长时间稳定性。
将上述获得的氧化铬担载锰催化剂用于NO常温催化氧化反应中。
所述催化剂应用时的反应气氛为5-100 ppm NO,其余为空气。
反应活性评价:称取1.0 g上述所获得的催化剂在环境温度开始通入反应气,进行活性测试,总流量为≥720 ml/min (STP)。
所述催化剂用于NO催化氧化反应,能在常温吸附催化氧化NO并能够保持相对较好的长时间稳定性。25 oC能使NO高效氧化,转化率达到95%,在考察的500分钟之内转化率仍然保持在40%以上。
本发明催化剂具有反应活性高和相对较好的长时间稳定性的特点,能够极大的催化氧化NO,使之高效转化。这不仅实现了常温催化氧化NO反应,对其进行常温消除,而且能够长时间保持较高的转化率,运行稳定。本发明催化剂原料易得,工艺简单,具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1-3制备催化剂的NO催化氧化反应活性结果。
具体实施方式
以下实例用于更详细地说明本发明,但本发明并不限于此。
实施例1 :
沉淀方法制备氧化铬载体,称取硝酸铬10.0 g溶解于100 ml去离子水中,搅拌温度为环境温度,加入沉淀剂氨水调节PH=8-9,搅拌5 h,过滤,洗涤,100 oC干燥12 h,400℃煅烧4 h,获得氧化铬载体。
沉积沉淀法制备氧化铬担载锰催化剂:
称取100ml去离子水,加入硝酸锰,再加入上述获得的氧化铬载体5.0g,60℃搅拌,逐滴加入沉淀剂氨水,调节PH=8,搅拌5h后过滤洗涤,放入60-150℃烘箱干燥12h,在100-700℃焙烧2-6h。锰的理论担载量为载体的30%。
称取1.0 g上述所获得的催化剂在常温开始通入反应气,进行活性测试,气体组成为15 ppm NO,其余为空气,总流量为≥720 ml/min (STP)。
实施例2 :
沉淀方法制备氧化铬载体,称取硝酸铬10.0 g溶解于100 ml去离子水中,搅拌温度为环境温度,加入沉淀剂氨水调节PH=8-9,搅拌5 h,过滤,洗涤,100℃干燥12 h,400℃煅烧4 h,获得氧化铬载体。
浸渍法制备氧化铬担载锰催化剂:
称取3.0g去离子水,加入硝酸锰,再加入上述获得的氧化铬载体5.0g,搅拌,室温静置12h,放入60-150℃烘箱干燥12h,在200-700℃焙烧2-6h。锰的理论担载量为载体的50%。
称取1.0 g上述所获得的催化剂在常温开始通入反应气,进行活性测试,气体组成为15 ppm NO,其余为空气,总流量为≥720 ml/min (STP)。
实施例3 :
与实施例1相比较,不同的是锰的理论担载量为80%,其他物料用量和操作条件与实施例1相同。
以上实施例1、2、3的结果分别示于图1,从图中可以看到,浸渍法制备的氧化铬担载锰催化剂,NO催化氧化最高转化率达70%,500分钟后,转化率降至15%,而沉积沉淀法制备的氧化铬担载锰催化剂,NO催化氧化最高转化率高达95%,500分钟后转化率依然保持在40%以上,本发明催化剂提高了常温常压催化氧化NO的活性和稳定性,为以后催化剂的放大生产,提供了非常好的实际应用前景。 

Claims (5)

1.一种氧化铬担载锰催化剂的制备方法,其特征在于,沉淀法制备获得氧化铬载体,浸渍或沉积沉淀法获得氧化铬担载锰催化剂,铬源和锰源为硝酸盐。
2.根据权利要求1所述一种氧化铬担载锰催化剂的制备方法,其特征在于,所述氧化铬载体采用沉淀法制备获取,具体为:称取硝酸铬10.0 克溶解于100 毫升去离子水中,在常温搅拌,加入沉淀剂氨水,调节PH=8后,搅拌5-8小时,过滤,洗涤,60-150℃干燥12小时,100-700℃煅烧2-6小时,获得氧化铬载体。
3.根据权利要求1所述一种氧化铬担载锰催化剂的制备方法,其特征在于,所述采用浸渍或沉积沉淀法制备氧化铬担载锰催化剂,具体为:
浸渍法:
称取3.0克去离子水,加入硝酸锰,再加入上述获得的氧化铬载体5.0g,搅拌,室温静置12小时,放入60-150℃烘箱干燥12小时,在200-700℃焙烧2-6小时,锰的理论担载量为载体的50%;
沉积沉淀法:
称取100毫升去离子水,加入硝酸锰,再加入上述获得的氧化铬载体5.0g,60℃搅拌,逐滴加入沉淀剂氨水,调节PH=7-9,搅拌5小时,后过滤洗涤,放入60-150℃烘箱干燥12小时,在100-700℃焙烧2-6小时,锰的理论担载量为载体的50%。
4.一种氧化铬载锰催化剂,其特征在于,根据权利要求1-3任意一项所述方法制备得到。
5.根据权利要求4所述一种氧化铬载锰催化剂用于一氧化氮催化氧化反应,在常温常压高效催化氧化一氧化氮的应用。
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