專利名稱：：一種微波催化消除氮氧化合物催化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)課題，特別提供了一種消除氮氧化合物(NOx)時所使用的微波催化劑、制備方法及微波催化過程。環(huán)境污染與防治是舉世矚目的課題，因此，作為大氣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國的關(guān)注。催化消除是目前國際上應(yīng)用最廣的處理氮氧化合物的凈化技術(shù)。烴類選擇還原NOx(SCR)現(xiàn)在被公認(rèn)為消除NOx最有應(yīng)用前途的方法。而天然氣(其主要成分是甲烷)儲量豐富，遠(yuǎn)比其它烴類更容易獲得，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，而且?guī)缀醮嬖谟诿恳环N燃料的尾氣中，因此，用甲烷催化還原NOx是一種實(shí)用而廉價的方法。USP5149112的專利指出，含氧氣氛下，適量甲烷為還原劑，離子交換法制備的Co-ZSM-5活性最好。JP06,262,039提出在ZSM5分子篩或鎂堿沸石擔(dān)載的銦催化劑作用下，有氧存在時，還原劑甲烷和一氧化碳同時作用，能有效脫除氮氧化合物，JP06,132,139提出ZSM5分子篩擔(dān)載的以堿金屬為助劑的銦催化劑，有氧存在時，甲烷作還原劑，擔(dān)載型In/HZSM5對氮氧化合物有較高的轉(zhuǎn)化率。此外，有關(guān)文獻(xiàn)還報道了以甲烷為還原劑，氧氣存在條件下，Ga/HZSM5、Pd/HZSM5等催化劑的NOx轉(zhuǎn)化率也較高。但是，隨著氧氣濃度、氣體空速的增大，該類催化劑的活性都大大下降。針對上述問題，世界各國都在探索消除氮氧化合物的新途徑，微波催化消除NOx是九十年代以來新興的方法之一。美國FORD公司與加拿大皇后大學(xué)于93年在國際上首先開展了微波催化處理汽車尾氣的實(shí)驗(yàn)室原理研究，所采用的催化劑為Pt/Cordierite或Pd/Cordierite，由于該催化劑對微波的利用率太低(＜30％)，未取得令人滿意的結(jié)果，只比常規(guī)處理方法提高5％；USP5246554，USP5256265，USP5269892專利指出，利用活性炭作為催化劑，同時又作為還原劑，微波催化消除NOx，轉(zhuǎn)化率可達(dá)90％；中國申請?zhí)枮镹O.961194863專利提出，以SiC為微波載體的汽車尾氣微波凈化催化劑，在800瓦微波作用下，NOx轉(zhuǎn)化率可達(dá)80％以上。本發(fā)明的目的在于提供一種在大量氧氣存在條件下，適用于微波催化的高效消除氮氧化合物的新型微波催化劑。本發(fā)明提供了一種在大量氧氣存在條件下，適用于微波催化高效消除氮氧化合物的新型微波催化劑，其特征在于該催化劑的第一活性組分為銦，擔(dān)載在天然或人工合成的分子篩上，分子篩的硅鋁比小于50，分子篩擔(dān)載銦的重量百分含量為0.5～20％；加入介電常數(shù)較高，耐高溫氧化的吸波材料作為微波載體，該種載體選擇為氧化鐵，鐵為該催化劑的第二活性組分，分子篩與氧化鐵的重量比為10∶0.5～10∶20。本發(fā)明提供的催化劑可以通過將可溶性的銦鹽(In(NO3)3或InCl3)與分子篩和氧化鐵的混合物采用浸漬法制得，也可以將In2O3與分子篩和氧化鐵的混合物采用機(jī)械混合法制得，焙燒溫度550～900℃，時間3～6小時。本發(fā)明提供的催化劑在微波催化消除氮氧化合物反應(yīng)中應(yīng)用，以甲烷為還原劑，[CH4]/[NO]濃度比為0.2～8.0，原料氣空速為1000～100000h-1，反應(yīng)壓力為常壓。氧氣濃度最佳在2.0～10.0％之間。本發(fā)明提供的微波催化劑，只以銦、鐵為催化劑的活性組分，只以氧化鐵為催化劑的微波載體，在低溫時反應(yīng)性能優(yōu)良，氮氧化合物轉(zhuǎn)化率可達(dá)100％。不僅如此，本發(fā)明還提供了一種新的微波催化機(jī)理，即提供了一種可以在微波催化反應(yīng)中應(yīng)用的微波載體，其對微波能具有快速積累、轉(zhuǎn)化和傳遞給反應(yīng)分子的能力，并在催化表面和其余的反應(yīng)體系間產(chǎn)生溫度梯度，使產(chǎn)物分子迅速脫離高溫反應(yīng)區(qū)，充分發(fā)揮微波催化效果。本發(fā)明提供的催化劑制備方法簡單，所需的微波催化裝置已有成熟的生產(chǎn)技術(shù)條件，有利于工藝放大，對于氮氧化合物的微波催化消除工業(yè)應(yīng)用有極大的實(shí)用意義。下面通過實(shí)施例詳述本發(fā)明。實(shí)施例1催化劑的制備這里僅以含銦5％(重量百分含量)，分子篩與氧化鐵的重量比為10∶4的In/HZSM5+Fe2O3(硅鋁比為25)為例來一般性地描述本發(fā)明中所用的微波催化劑的制備。HZSM5分子篩由南開大學(xué)催化劑廠提供，F(xiàn)e2O3由北京南尚樂化工廠提供，將0.4989克硝酸銦晶體(In(NO3)3)·4.5H2O)溶于5ml去離子水中，再加入3.0克HZSM5和1.2克Fe2O3的混合物，充分?jǐn)嚢韬?，靜置24小時，120℃烘3小時，置于馬福爐中700℃焙燒4小時，反應(yīng)前，將催化劑壓片，敲碎篩分出30～60目的顆粒備用。實(shí)施例2在大量氧氣存在條件下微波催化還原一氧化氮這里僅以含銦5％(重量百分含量)，分子篩與氧化鐵的重量比為10∶4的In/HZSM5+Fe2O3(硅鋁比為25)為例來一般性地描述本發(fā)明中微波催化劑在微波催化還原一氧化氮反應(yīng)中的活性測試。測試中所需的微波催化裝置由微波發(fā)生器、環(huán)型器、波導(dǎo)管、諧振腔和短路活塞構(gòu)成?；钚詼y試在一個固定床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。反應(yīng)器置于諧振腔內(nèi)，垂直于磁場方向，平行于電場方向。進(jìn)反應(yīng)器前，一氧化氮、甲烷、氧氣和氦氣在混合器中充分混合，活性測試中催化劑用量0.5克，原料氣空速(GHSV)為3600h-1，反應(yīng)壓力為常壓。反應(yīng)溫度用高靈敏紅外測溫儀測定。用在線色譜法分析反應(yīng)產(chǎn)物，催化劑活性以一氧化氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率(％)為標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例3不同催化劑的微波催化反應(yīng)活性In％＝5％，[HZSM5]∶[MxOy]＝10∶4，GHSV＝3600h-1，NO＝2500ppm，CH4＝2000ppm，O2＝4.0％，He為平衡氣，催化劑裝量1.0ml，反應(yīng)壓力為常壓，微波功率40瓦。實(shí)施例4微波載體的含量及反應(yīng)溫度對5％In/HZSM5+Fe2O3微波催化劑活性的影響NO＝2500ppm，CH4＝2000ppm，O2＝4.0％，He為平衡氣，GHSV＝3600h-1，催化劑裝量1.0ml，反應(yīng)壓力為常壓，*反應(yīng)溫度由紅外測溫儀測定。實(shí)施例5氧氣濃度對5％In/HZSM5+Fe2O3(10∶4)微波催化劑活性的影響</tables>NO＝2500ppm，CH4＝2000ppm，He為平衡氣，催化劑裝量1.0ml，反應(yīng)壓力為常壓，*反應(yīng)溫度由紅外測溫儀測定。權(quán)利要求1.一種微波催化消除氮氧化合物催化劑，其特征在于該催化劑的第一活性組分為銦，擔(dān)載在天然或人工合成的分子篩上，分子篩的硅鋁比小于50，分子篩擔(dān)載銦的重量百分含量為0.5～20％；加入介電常數(shù)較高，耐高溫氧化的吸波材料作為微波載體，該種載體選擇為氧化鐵，鐵為該催化劑的第二活性組分，分子篩與氧化鐵的重量比為10∶0.5～10∶20。2.一種權(quán)利要求1所述微波催化消除氮氧化合物催化劑的制備方法，其特征在于催化劑通過將可溶性的銦鹽In(NO3)3或InCl3與分子篩和氧化鐵的混合物采用浸漬法制得，或?qū)n2O3與分子篩和氧化鐵的混合物采用機(jī)械混合法制得，焙燒溫度550～900℃，時間3～6小時。3.權(quán)利要求1所述催化劑用于微波條件下消除氮氧化合物，使用的反應(yīng)器垂直于磁場方向，平行于電場方向，反應(yīng)溫度在150～600℃之間。全文摘要一種微波催化消除氮氧化合物催化劑,其特征在于:該催化劑的第一活性組分為銦,擔(dān)載在天然或人工合成的分子篩上,分子篩的硅鋁比小于50,分子篩擔(dān)載銦的重量百分含量為0.5～20%;加入介電常數(shù)較高,耐高溫氧化的吸波材料作為微波載體,該種載體選擇為氧化鐵,鐵為該催化劑的第二活性組分,分子篩與氧化鐵的重量比為10∶0.5～10∶20。本發(fā)明適用于在大量氧氣存在條件下,微波催化消除氮氧化合物。文檔編號B01J29/42GK1248490SQ9811433公開日2000年3月29日申請日期1998年9月23日優(yōu)先權(quán)日1998年9月23日發(fā)明者王曉東,張濤,徐長海,關(guān)文,梁東白,林勵吾申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所