阅读说明：本技术 用于低温选择性催化氧化氨的整体式催化剂、其制备方法和应用 (Monolithic catalyst for low-temperature selective catalytic oxidation of ammonia, preparation method and application thereof ) 是由 张登松 邓江 兰天伟 颜婷婷 于 2020-04-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于低温选择性催化氧化氨的整体式催化剂、其制备方法和应用,属于整体式热催化剂的制备工艺领域。该方法利用原电池反应,即置换反应来制备了整体式负载型催化剂。制备的整体式催化剂具有较高的低温氨氧化活性以及高N<Sub>2</Sub>选择性。该制备工艺快速,简单,成本低廉,可批量生产,可广泛应用于氨的选择性催化氧化领域。(The invention discloses an integral catalyst for low-temperature selective catalytic oxidation of ammonia, and a preparation method and application thereof, and belongs to the field of preparation processes of integral thermal catalysts. The method utilizes a galvanic reaction, namely a displacement reaction, to prepare the monolithic supported catalyst. The prepared monolithic catalyst has higher low-temperature ammoxidation activity and high N 2 And (4) selectivity. The preparation method is rapid, simple, low in cost, and suitable for mass productionAnd can be widely applied to the field of selective catalytic oxidation of ammonia.)

用于低温选择性催化氧化氨的整体式催化剂、其制备方法和 应用

技术领域

本发明涉及一种催化剂、其制备方法和应用，特别是涉及一种氨的选择性催化氧化的整体式催化剂、其制备方法和应用，应用于氮氧化物污染物治理和选择性催化氧化氨技术领域。尤其应用于整体式热催化剂的制备工艺。

背景技术

氮氧化物是近年来大气污染治理的重点对象。氨选择性催化还原氮氧化物生成氮气和水的方法是主流的氮氧化物去除方法。为将氮氧化物全部转化为氮气和水，一般需要投入过量的氨，来保证尾气中氮氧化物的含量达到排污标准，然而逃逸出的氨同样会造成大气污染。除此之外，过量的氨与烟气中的硫氧化物反应生成的铵盐会持续沉积在尾气净化单元中，阻碍了机组的正常运作。因此，如何有效的解决氨逃逸问题对于消除大气污染，保证尾气净化系统正常运行尤为重要。

目前，氨的选择性催化氧化是解决以上问题的有效技术手段。该技术的重点和难点是制备高性能的催化剂，即同时具备低温活性和氮气选择性的催化剂。常用粉末式负载型催化剂的活性组分为铜、铂、银、铁等金属元素，载体为各类氧化物，包括氧化铝、氧化铈、氧化钛等。专利CN 105873678 B发展了一种Cu-Ru合金催化剂，但制备工艺复杂。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种用于低温选择性催化氧化氨的整体式催化剂、其制备方法和应用，尤其是克服了目前多数粉末式催化剂活性组分用量高、低温活性差且氮气选择性差的问题。本发明利用一种简单的制备方法，制备出低负载量、高的低温活性、高的氮气选择性的整体式催化剂。使用本发明方法制备的整体式催化剂的活性组分的种类和负载量、载体的种类和尺寸可调节，具有优异的催化氧化氨活性和氮气选择性，可大范围应用于低温选择性催化氧化氨领域。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于低温选择性催化氧化氨的整体式催化剂，其材料组成为[email protected]，其中M为活性金属元素，x为活性金属元素占本整体式催化剂的质量百分数，F为金属纤维载体；所述质量百分数x的取值范围为0.1～10.0％，活性金属元素负载于金属纤维载体上，形成活性点位。

作为本发明优选的技术方案，F为铝、铜、铁、镍金属纤维其中的至少一种载体材料。

作为本发明优选的技术方案，M为铂、铜、银、铁其中的至少一种，且M能够和使用的金属纤维F发生原电池反应。

作为本发明优选的技术方案，所述金属纤维的直径50-100微米，长度为1-10毫米。

一种本发明用于低温选择性催化氧化氨的整体式催化剂的制备方法，包括如下步骤：

a.将直径为50-100微米，长度为1-10毫米的金属纤维铺展于去离子水中，等待后续加入金属盐溶液；

b.将一定量的金属盐溶液缓慢滴加至所述步骤a中准备的金属纤维上，待金属盐溶液滴加完毕后，避光静置至少6小时，用于反应的完成；

c.在所述步骤b中静置并完成反应后，移除剩余液体，将反应后的金属纤维放置于不低于80℃的烘箱中，烘干至少6小时；

d.将在所述步骤c中烘干后的金属纤维放置于坩埚中，放入马弗炉，以不低于2℃/min的升温速率升至300～500℃，保温至少3小时，得到用于低温选择性催化氧化氨的整体式催化剂。

作为本发明优选的技术方案，在所述步骤a中，将直径为50-100微米，长度为1-10毫米的金属纤维用质量分数0～5％的氢氧化钠水溶液进行预处理，用于后续与金属盐溶液反应；在进行预处理至少20分钟后，将液体除去，并用去离子水洗涤至少3次以上；将金属纤维铺展于去离子水中，等待后续加入金属盐溶液。

作为本发明优选的技术方案，在所述步骤b中，所述金属盐溶液为含有活性金属元素M的盐的水溶液。

作为本发明优选的技术方案，在所述步骤d中，所制备的用于低温选择性催化氧化氨的整体式催化剂中活性金属元素占总体催化剂的质量百分数为0.1～10.0％。

一种本发明所述用于选择性催化氧化氨的新型整体式催化剂的应用，作为一种低温催化氧化氨的整体式催化剂使用。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明用于低温选择性催化氧化氨的整体式催化剂利用原电池反应，即置换反应来制备了整体式负载型催化剂，制备的整体式催化剂具有较高的低温氨氧化活性以及高N₂选择性；具有低负载量、高的低温活性、高的氮气选择性的优点。

2.本发明制备方法简单，快速，成本低廉，可批量生产，可广泛应用于氨的选择性催化氧化领域。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的[email protected]整体式催化剂的扫描电子显微镜照片。

图2为本发明实施例1所制备的[email protected]整体式催化剂的电子色散元素分析数据图谱。

具体实施方式

以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：

实施例1：

在本实施例中，一种[email protected]纤维整体式催化剂的制备方法，步骤如下：

称取市售的尺寸为直径50-100微米，长度1-10毫米的铝金属纤维1克于烧杯中备用。配制50毫升质量分数为0.1％的氢氧化钠水溶液备用。将所配制的氢氧化钠水溶液缓慢倒入上述铝金属纤维中，观察到有大量细小气泡出现，同时放出热量，处理30分钟。处理过后，除去上层液体，使用去离子水洗涤3次，将洗涤后的铝金属纤维均匀分散在含有去离子水的表面皿中。将氯铂酸溶液与10毫升去离子水混合，使得Pt单质投料量为1毫克至15毫克，即Pt占总体催化剂的质量百分数为0.1～1.5％。待氯铂酸溶液滴加完毕，将表面皿用铝箔纸封装避光，静置6小时。静置后，除去液体，将余下金属纤维放置于80摄氏度烘箱内烘干6小时。最后，将烘干后的金属纤维放置于坩埚中，使用马弗炉焙烧，以2摄氏度每分钟的升温速率升至300℃，保温3小时。焙烧结束后，收取最终[email protected]纤维整体式催化剂。

实验测试分析：

将采用本实施例方法制备的[email protected]纤维整体式催化剂作为样品进行实验测试分析，图1为本实施例所制备的[email protected]整体式催化剂的扫描电子显微镜照片。图2为本实施例所制备的[email protected]整体式催化剂的电子色散元素分析数据图谱。从图中可见，金属纤维表面的比表面积条件优异，载体表面高低错落，为催化点位的负载提供丰富的错位结构，为发挥催化活性提供优化的载体表面结构条件。本实施例利用原电池反应，即置换反应来制备了整体式负载型[email protected]催化剂，所制备的整体式催化剂具有较高的低温氨氧化活性以及高N₂选择性。该制备工艺快速，简单，成本低廉，可批量生产，可广泛应用于氨的选择性催化氧化领域。本实施例制备的整体式催化剂的活性组分负载量、载体尺寸可调节，具有优异的催化氧化氨活性和氮气选择性，可大范围应用于低温选择性催化氧化氨领域。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，本实施例提供一种[email protected]纤维整体式催化剂的制备方法，步骤如下：

称取市售的尺寸为直径50-100微米，长度1-10毫米的铝金属纤维1克于烧杯中备用。配制50毫升质量分数为0.1％的氢氧化钠水溶液备用。将所配制的氢氧化钠水溶液缓慢倒入上述铝金属纤维中，观察到有大量细小气泡出现，同时放出热量，处理30分钟。处理过后，除去上层液体，使用去离子水洗涤3次，将洗涤后的铝金属纤维均匀分散在含有去离子水的表面皿中。将硝酸铜溶液与10毫升去离子水混合，使得Cu单质投料量为10毫克至100毫克，即Cu占总体催化剂的质量百分数为1～10％。将上述硝酸铜溶液缓慢滴加在铝金属纤维表面。待硝酸铜溶液滴加完毕，将表面皿用铝箔纸封装避光，静置6小时。静置后，除去液体，将余下金属纤维放置于80摄氏度烘箱内烘干6小时。最后，将烘干后的金属纤维放置于坩埚中，使用马弗炉焙烧，以5摄氏度每分钟的升温速率升至500摄氏度，保温3小时。焙烧结束后，收取最终[email protected]纤维整体式催化剂。

本实施例利用原电池反应，即置换反应来制备了整体式负载型[email protected]催化剂，所制备的整体式催化剂具有较高的低温氨氧化活性以及高N₂选择性。该制备工艺快速，简单，成本低廉，可批量生产，可广泛应用于氨的选择性催化氧化领域。本实施例制备的整体式催化剂的活性组分负载量、载体尺寸可调节，具有优异的催化氧化氨活性和氮气选择性，可大范围应用于低温选择性催化氧化氨领域。

实施例3：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，提供一种[email protected]纤维整体式催化剂的制备方法，步骤如下：

称取市售的尺寸为直径50-100微米，长度1-10毫米的铝金属纤维1克于烧杯中备用。配制50毫升质量分数为0.1％的氢氧化钠水溶液备用。将所配制的氢氧化钠水溶液缓慢倒入上述铝金属纤维中，观察到有大量细小气泡出现，同时放出热量，处理30分钟。处理过后，除去上层液体，使用去离子水洗涤3次，将洗涤后的铝金属纤维均匀分散在含有去离子水的表面皿中。将硝酸银溶液与10毫升去离子水混合，使得Ag单质投料量为10毫克至100毫克，即Ag占总体催化剂的质量百分数为1～10％。将上述硝酸银溶液缓慢滴加在铝金属纤维表面。待硝酸银溶液滴加完毕，将表面皿用铝箔纸封装避光，静置6小时。静置后，除去液体，将余下金属纤维放置于80摄氏度烘箱内烘干6小时。最后，将烘干后的金属纤维放置于坩埚中，使用马弗炉焙烧，以5摄氏度每分钟的升温速率升至500摄氏度，保温3小时。焙烧结束后，收取最终[email protected]纤维整体式催化剂。

本实施例利用原电池反应，即置换反应来制备了整体式负载型[email protected]催化剂，所制备的整体式催化剂具有较高的低温氨氧化活性以及高N₂选择性。该制备工艺快速，简单，可批量生产，可广泛应用于氨的选择性催化氧化领域。本实施例制备的整体式催化剂的活性组分负载量、载体尺寸可调节，具有优异的催化氧化氨活性和氮气选择性，可大范围应用于低温选择性催化氧化氨领域。

上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明用于低温选择性催化氧化氨的整体式催化剂、其制备方法和应用的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。