專利名稱：一種微波催化劑及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微波催化劑及其應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消耗量，特別是化石能源的消耗量大幅度增加。與此相應(yīng)，大氣的污染程度也日益加劇，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)是影響我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量的主要因素。目前，我國(guó)95%以上的火電廠是以燃煤為主，短期內(nèi)難以改變。燃煤過程中排放的二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物和粉塵分別占我國(guó)排放量的87 %，71 %，67 %和60%。在我國(guó)，粉塵已經(jīng)得到了很好的控制和治理；煙氣脫硫技術(shù)也已日趨成熟，煙氣脫硫項(xiàng)目已經(jīng)在有序地進(jìn)行；唯有氮氧化物的污染尚未得到有效控制。“十二五”是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要時(shí)期，也是氮氧化物控制的關(guān)鍵時(shí)期，如何采取高效的脫硝措施，消除氮氧化物的污染已成為環(huán)境保護(hù)中的重要課題。目前工業(yè)上應(yīng)用的技術(shù)是以氨為還原劑的選擇性催化還原技術(shù)為 NH3-SCR法，NH3-SCR法是現(xiàn)有氮氧化物處理技術(shù)中最成熟的方法之一，該方法可在較低的溫度下使氮氧化物脫除率達(dá)到80 90%，其不足之處還原劑消耗量大，催化劑易中毒，管路設(shè)備要求高和脫硝效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種轉(zhuǎn)化率高、節(jié)能環(huán)保、成本低的微波催化劑及其應(yīng)用方法。本發(fā)明催化劑的目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)所述微波催化劑為單一的金屬氧化物、或者為金屬氧化物加入金屬和/或金屬氧化物，采用沉淀或共沉淀方法制備成能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應(yīng)的、具有多孔的固體催化劑；所述單一的金屬氧化物為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵的氧化物；所述金屬為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵。所述金屬和金屬氧化物的混合物的混合質(zhì)量比1_35%。本發(fā)明催化劑的目的還可以通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)所述微波催化劑以鐵酸鹽尖晶石類或鐵酸鹽尖晶石類負(fù)載金屬或金屬氧化物，所述鐵酸鹽尖晶石類采用共沉淀方法制備；所述催化劑為夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應(yīng)的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑；所述單一的金屬氧化物為銅、錳、鉻、鈰、鈦、釩、鎂、鋅的氧化物；所述金屬為銅、錳、鉻、鈰、鈦、釩、鎂、鋅。本發(fā)明催化劑的目的還可以通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)所述分子篩與金屬或者金屬氧化物組成的能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應(yīng)的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑；分子篩上含有金屬量的質(zhì)量比為5% _60%。所述分子篩為ZSM類分子篩、Y分子篩、β分子篩。本發(fā)明催化劑的目的還可以通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)所述活性炭上負(fù)載金屬或金屬氧化物，組成能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應(yīng)的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑；所述金屬氧化物為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵的氧化物；所述金屬為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵。所述活性炭上負(fù)載金屬的負(fù)載量的質(zhì)量比為_15%，所述活性炭上負(fù)載的金屬氧化物的負(fù)載量的質(zhì)量比為5% -25%。本發(fā)明方法的目的還可以通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)包括使用微波裝置，在微波裝置的微波反應(yīng)管填充催化劑；所述催化劑為權(quán)利要求1-7任選一項(xiàng)的微波催化劑，填充在微波裝置的微波反應(yīng)管中組成微波催化反應(yīng)床層，當(dāng)被處理氣體通過微波催化反應(yīng)床層時(shí)，反應(yīng)溫度150°C -600°C，反應(yīng)的停留時(shí)間0. 2秒-5秒，被處理氣體與微波催化劑發(fā)生氣_固反應(yīng)，微波催化劑將被處理氣體中的氮氧化合物脫除。所述微波催化劑加入氧化銅，氧化銅的添加量為微波催化劑重量的10% 70% ；所述微波催化劑加入活性炭，活性炭的添加量為微波催化劑重量的5% 50%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)轉(zhuǎn)化率高、節(jié)能環(huán)保、運(yùn)行成本低。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明催化劑的技術(shù)方案1 所述微波催化劑為單一的金屬氧化物、或者為金屬氧化物加入金屬和/或金屬氧化物，采用沉淀或共沉淀方法制備成能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應(yīng)的、具有多孔的固體催化劑；所述單一的金屬氧化物為銅、錳、 鈰、鈦、釩、鎂、鐵的氧化物；所述金屬為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵。所述金屬和金屬氧化物的混合物的混合質(zhì)量比1_35%。催化劑的技術(shù)方案2 所述微波催化劑以鐵酸鹽尖晶石類或鐵酸鹽尖晶石類負(fù)載金屬或金屬氧化物，所述鐵酸鹽尖晶石類采用共沉淀方法制備；所述催化劑為夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應(yīng)的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑； 所述單一的金屬氧化物為銅、錳、鉻、鈰、鈦、釩、鎂、鋅的氧化物；所述金屬為銅、錳、鉻、鈰、 鈦、釩、鎂、鋅。催化劑的技術(shù)方案3 所述分子篩與金屬或者金屬氧化物組成的能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應(yīng)的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑； 分子篩上含有金屬量的質(zhì)量比為5% -60%。所述分子篩為ZSM類分子篩、Y分子篩、β分子篩。催化劑的技術(shù)方案4 所述活性炭上負(fù)載金屬或金屬氧化物，組成能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應(yīng)的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑； 所述金屬氧化物為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵的氧化物；所述金屬為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵。所述活性炭上負(fù)載金屬的負(fù)載量的質(zhì)量比為_15%，所述活性炭上負(fù)載的金屬氧化物的負(fù)載量的質(zhì)量比為5% -25%。應(yīng)用方法的技術(shù)方案包括使用微波裝置，在微波裝置的微波反應(yīng)管填充催化劑； 所述催化劑為權(quán)利要求1-7任選一項(xiàng)的微波催化劑，填充在微波裝置的微波反應(yīng)管中組成微波催化反應(yīng)床層，當(dāng)被處理 氣體通過微波催化反應(yīng)床層時(shí)，反應(yīng)溫度150°C -600°C，反應(yīng)的停留時(shí)間0. 2秒-5秒，被處理氣體與微波催化劑發(fā)生氣_固反應(yīng)，微波催化劑將被處理氣體中的氮氧化合物脫除。所述微波催化劑加入氧化銅，氧化銅的添加量為微波催化劑重量的10% 70% ；
所述微波催化劑加入活性炭，活性炭的添加量為微波催化劑重量的5% 50%。本發(fā)明的方法包括使廢氣通過微波場(chǎng)中的催化劑床層進(jìn)行處理的過程；所述反應(yīng)裝置為專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010517324.4，申請(qǐng)日期為2010. 10. 25，申請(qǐng)人為湘潭大學(xué)，公開號(hào)為CN 102133516 A的《新型微波催化反應(yīng)器裝置系統(tǒng)》；所述催化劑床層為微波催化劑床層，利用微波場(chǎng)和微波催化劑的共同作用進(jìn)行微波催化轉(zhuǎn)化NO脫除氮氧化物。

實(shí)施例來自實(shí)驗(yàn)室。AC代表活性炭。實(shí)施例1使用銅分子篩催化劑Cu-ZSM-5，把催化劑裝填在石英玻璃反應(yīng)管內(nèi)，石英玻璃反應(yīng)管在微波場(chǎng)和微波作用下可進(jìn)行氣固催化反應(yīng)。煙氣/廢氣通過此石英玻璃反應(yīng)管裝填有Cu-ZSM-5銅分子篩催化劑床層，微波催化可直接分解NO為N2和O2達(dá)到脫硝的目的。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，所述廢氣為大連大特氣體有限公司提供的為N2和NO組成的混合氣， 其中NO濃度為1 OOOppm。氣體分析儀為美國(guó)制造的42C NO-NO2-NOx Analyzer。微波場(chǎng)的功率O-IOOOw連續(xù)可調(diào)，頻率為2400-2500MHz。石英管反應(yīng)器為 WG1/2. 45-Φ5. 4X54。本實(shí)驗(yàn)所用的石英管長(zhǎng)535mm，內(nèi)徑10mm。催化劑的填裝量為4g，Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %。進(jìn)氣NO濃度為lOOOppm，流量控制在 160ml/min，氧含量為5. 88%，反應(yīng)壓力為常壓。對(duì)微波功率自動(dòng)擋控制，反應(yīng)溫度250°C， NO含量為lOOOppm，轉(zhuǎn)化率可達(dá)72. 8% ；催化劑的填裝量為5g的Cu0-Cu-ZSM-5，Cu-ZSM-5中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %， CuO-Cu-ZSM-5中CuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40 %。對(duì)微波功率自動(dòng)擋控制，使催化劑床層溫度分別在180°C、300°C、38(rC，反應(yīng)壓力為常壓。NO含量為lOOOppm，轉(zhuǎn)化率分別為87. 60 %、 97. 95%,98. 93%。處理后煙氣/廢氣可以達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。催化劑的填裝量為5g的Cu0-Cu-ZSM-5，Cu-ZSM-5中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %，加入3 克Cu-ZSM-5催化劑，加入2克CuO混合。參見表1。表1反應(yīng)床層溫度對(duì)NO轉(zhuǎn)化率的影響
催化劑反應(yīng)床層溫度°CNO轉(zhuǎn)化率(％)
3gCu-ZSM-5+2gCu018087.60
30097.95
38098.93
45088.99實(shí)施例2使用金屬錳等負(fù)載在活性炭上的催化劑Mn/AC，把催化劑裝填在石英玻璃反應(yīng)管內(nèi)，石英玻璃反應(yīng)管在微波場(chǎng)和微波能作用下可進(jìn)行氣_固催化反應(yīng)。煙氣/廢氣通過此石英玻璃反應(yīng)管裝填有催化劑Mn/AC的微波催化劑床層，進(jìn)行微波催化還原反應(yīng)使NO催化還原為N2,達(dá)到脫除NOx的目的。Mn/AC催化劑微波催化還原NO結(jié)果參見表2。
權(quán)利要求
1.一種微波催化劑，其特征在于所述微波催化劑為單一的金屬氧化物、或者為金屬氧化物加入金屬和/或金屬氧化物，采用沉淀或共沉淀方法制備成能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應(yīng)的、具有多孔的固體催化劑；所述單一的金屬氧化物為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵的氧化物；所述金屬為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波催化劑，其特征在于所述金屬和金屬氧化物的混合物的混合質(zhì)量比1_35%。
3.一種微波催化劑，其特征在于所述微波催化劑以鐵酸鹽尖晶石類或鐵酸鹽尖晶石類負(fù)載金屬或金屬氧化物，所述鐵酸鹽尖晶石類采用共沉淀方法制備；所述催化劑為夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應(yīng)的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑；所述單一的金屬氧化物為銅、錳、鉻、鈰、鈦、釩、鎂、鋅的氧化物；所述金屬為銅、 錳、鉻、鈰、鈦、釩、鎂、鋅。
4.一種微波催化劑，包括分子篩，其特征在于所述分子篩與金屬或者金屬氧化物組成的能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應(yīng)的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑；分子篩上含有金屬量的質(zhì)量比為5% -60%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微波催化劑，其特征在于所述分子篩為ZSM類分子篩、Y分子篩、β分子篩。
6.一種微波催化劑，包括活性炭，其特征在于所述活性炭上負(fù)載金屬或金屬氧化物， 組成能夠吸收微波的、能夠與微波作用的、具有微波催化效應(yīng)的、單一的或多組分的、具有多孔的固體催化劑；所述金屬氧化物為銅、錳、鈰、鈦、釩、鎂、鐵的氧化物；所述金屬為銅、 猛、鋪、鈦、 凡、鎂、鐵。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微波催化劑，其特征在于所述活性炭上負(fù)載金屬的負(fù)載量的質(zhì)量比為_15%，所述活性炭上負(fù)載的金屬氧化物的負(fù)載量的質(zhì)量比為5% -25%。
8.一種使用權(quán)利要求1-7任選一項(xiàng)的微波催化劑用于脫硝的方法，包括使用微波裝置，在微波裝置的微波反應(yīng)管填充催化劑；其特征在于所述催化劑為權(quán)利要求1-7任選一項(xiàng)的微波催化劑，填充在微波裝置的微波反應(yīng)管中組成微波催化反應(yīng)床層，當(dāng)被處理氣體通過微波催化反應(yīng)床層時(shí)，反應(yīng)溫度150°C -600°C，反應(yīng)的停留時(shí)間0. 2秒-5秒，被處理氣體與微波催化劑發(fā)生氣_固反應(yīng)，微波催化劑將被處理氣體中的氮氧化合物脫除。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述微波催化劑加入氧化銅，氧化銅的添加量為微波催化劑重量的10% 70% ；
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于所述微波催化劑加入活性炭，活性炭的添加量為微波催化劑重量的5% 50%。
全文摘要
一種微波催化劑及其應(yīng)用方法，所述微波催化劑為單一的金屬氧化物、或者為金屬氧化物加入金屬和/或金屬氧化物，采用沉淀或共沉淀方法制備；或者以鐵酸鹽尖晶石類或鐵酸鹽尖晶石類負(fù)載金屬或金屬氧化物制備，或者在活性炭上負(fù)載金屬或金屬氧化物制備；其應(yīng)用于脫硝的方法將上述催化劑填充在微波裝置的微波反應(yīng)管中組成微波催化反應(yīng)床層，當(dāng)被處理氣體通過微波催化反應(yīng)床層時(shí)，與微波催化劑發(fā)生氣-固反應(yīng)脫除氮氧化合物。所述微波催化劑加入氧化銅，氧化銅的添加量為微波催化劑重量的10％～70％；所述微波催化劑加入活性炭，活性炭的添加量為微波催化劑重量的5％～50％。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)轉(zhuǎn)化率高、節(jié)能環(huán)保、運(yùn)行成本低。
文檔編號(hào)B01J19/12GK102407113SQ201110451118
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者周繼承, 王哲, 蔣尊芳, 高令飛 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)