专利名称：一种微波催化剂及其应用方法
技术领域：
本发明涉及一种微波催化剂及其应用方法。
背景技术：
随着我国经济的发展，能源消耗量，特别是化石能源的消耗量大幅度增加。与此相应，大气的污染程度也日益加剧，以煤为主的能源结构是影响我国大气环境质量的主要因素。目前，我国95%以上的火电厂是以燃煤为主，短期内难以改变。燃煤过程中排放的二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物和粉尘分别占我国排放量的87 %，71 %，67 %和60%。在我国，粉尘已经得到了很好的控制和治理；烟气脱硫技术也已日趋成熟，烟气脱硫项目已经在有序地进行；唯有氮氧化物的污染尚未得到有效控制。“十二五”是我国经济发展的重要时期，也是氮氧化物控制的关键时期，如何采取高效的脱硝措施，消除氮氧化物的污染已成为环境保护中的重要课题。目前工业上应用的技术是以氨为还原剂的选择性催化还原技术为 NH3-SCR法，NH3-SCR法是现有氮氧化物处理技术中最成熟的方法之一，该方法可在较低的温度下使氮氧化物脱除率达到80 90%，其不足之处还原剂消耗量大，催化剂易中毒，管路设备要求高和脱硝效率不高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种转化率高、节能环保、成本低的微波催化剂及其应用方法。本发明催化剂的目的通过下述技术方案予以实现所述微波催化剂为单一的金属氧化物、或者为金属氧化物加入金属和/或金属氧化物，采用沉淀或共沉淀方法制备成能够吸收微波的、能够与微波作用的、具有微波催化效应的、具有多孔的固体催化剂；所述单一的金属氧化物为铜、锰、铈、钛、钒、镁、铁的氧化物；所述金属为铜、锰、铈、钛、钒、镁、铁。所述金属和金属氧化物的混合物的混合质量比1_35%。本发明催化剂的目的还可以通过下述技术方案予以实现所述微波催化剂以铁酸盐尖晶石类或铁酸盐尖晶石类负载金属或金属氧化物，所述铁酸盐尖晶石类采用共沉淀方法制备；所述催化剂为够吸收微波的、能够与微波作用的、具有微波催化效应的、单一的或多组分的、具有多孔的固体催化剂；所述单一的金属氧化物为铜、锰、铬、铈、钛、钒、镁、锌的氧化物；所述金属为铜、锰、铬、铈、钛、钒、镁、锌。本发明催化剂的目的还可以通过下述技术方案予以实现所述分子筛与金属或者金属氧化物组成的能够吸收微波的、能够与微波作用的、具有微波催化效应的、单一的或多组分的、具有多孔的固体催化剂；分子筛上含有金属量的质量比为5% _60%。所述分子筛为ZSM类分子筛、Y分子筛、β分子筛。本发明催化剂的目的还可以通过下述技术方案予以实现所述活性炭上负载金属或金属氧化物，组成能够吸收微波的、能够与微波作用的、具有微波催化效应的、单一的或多组分的、具有多孔的固体催化剂；所述金属氧化物为铜、锰、铈、钛、钒、镁、铁的氧化物；所述金属为铜、锰、铈、钛、钒、镁、铁。所述活性炭上负载金属的负载量的质量比为_15%，所述活性炭上负载的金属氧化物的负载量的质量比为5% -25%。本发明方法的目的还可以通过下述技术方案予以实现包括使用微波装置，在微波装置的微波反应管填充催化剂；所述催化剂为权利要求1-7任选一项的微波催化剂，填充在微波装置的微波反应管中组成微波催化反应床层，当被处理气体通过微波催化反应床层时，反应温度150°C -600°C，反应的停留时间0. 2秒-5秒，被处理气体与微波催化剂发生气_固反应，微波催化剂将被处理气体中的氮氧化合物脱除。所述微波催化剂加入氧化铜，氧化铜的添加量为微波催化剂重量的10% 70% ；所述微波催化剂加入活性炭，活性炭的添加量为微波催化剂重量的5% 50%。与现有技术相比，本发明具有以下优点转化率高、节能环保、运行成本低。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明催化剂的技术方案1 所述微波催化剂为单一的金属氧化物、或者为金属氧化物加入金属和/或金属氧化物，采用沉淀或共沉淀方法制备成能够吸收微波的、能够与微波作用的、具有微波催化效应的、具有多孔的固体催化剂；所述单一的金属氧化物为铜、锰、 铈、钛、钒、镁、铁的氧化物；所述金属为铜、锰、铈、钛、钒、镁、铁。所述金属和金属氧化物的混合物的混合质量比1_35%。催化剂的技术方案2 所述微波催化剂以铁酸盐尖晶石类或铁酸盐尖晶石类负载金属或金属氧化物，所述铁酸盐尖晶石类采用共沉淀方法制备；所述催化剂为够吸收微波的、能够与微波作用的、具有微波催化效应的、单一的或多组分的、具有多孔的固体催化剂； 所述单一的金属氧化物为铜、锰、铬、铈、钛、钒、镁、锌的氧化物；所述金属为铜、锰、铬、铈、 钛、钒、镁、锌。催化剂的技术方案3 所述分子筛与金属或者金属氧化物组成的能够吸收微波的、能够与微波作用的、具有微波催化效应的、单一的或多组分的、具有多孔的固体催化剂； 分子筛上含有金属量的质量比为5% -60%。所述分子筛为ZSM类分子筛、Y分子筛、β分子筛。催化剂的技术方案4 所述活性炭上负载金属或金属氧化物，组成能够吸收微波的、能够与微波作用的、具有微波催化效应的、单一的或多组分的、具有多孔的固体催化剂； 所述金属氧化物为铜、锰、铈、钛、钒、镁、铁的氧化物；所述金属为铜、锰、铈、钛、钒、镁、铁。所述活性炭上负载金属的负载量的质量比为_15%，所述活性炭上负载的金属氧化物的负载量的质量比为5% -25%。应用方法的技术方案包括使用微波装置，在微波装置的微波反应管填充催化剂； 所述催化剂为权利要求1-7任选一项的微波催化剂，填充在微波装置的微波反应管中组成微波催化反应床层，当被处理 气体通过微波催化反应床层时，反应温度150°C -600°C，反应的停留时间0. 2秒-5秒，被处理气体与微波催化剂发生气_固反应，微波催化剂将被处理气体中的氮氧化合物脱除。所述微波催化剂加入氧化铜，氧化铜的添加量为微波催化剂重量的10% 70% ；
所述微波催化剂加入活性炭，活性炭的添加量为微波催化剂重量的5% 50%。本发明的方法包括使废气通过微波场中的催化剂床层进行处理的过程；所述反应装置为专利申请号为201010517324.4，申请日期为2010. 10. 25，申请人为湘潭大学，公开号为CN 102133516 A的《新型微波催化反应器装置系统》；所述催化剂床层为微波催化剂床层，利用微波场和微波催化剂的共同作用进行微波催化转化NO脱除氮氧化物。
实施例来自实验室。AC代表活性炭。实施例1使用铜分子筛催化剂Cu-ZSM-5，把催化剂装填在石英玻璃反应管内，石英玻璃反应管在微波场和微波作用下可进行气固催化反应。烟气/废气通过此石英玻璃反应管装填有Cu-ZSM-5铜分子筛催化剂床层，微波催化可直接分解NO为N2和O2达到脱硝的目的。在实验室内，所述废气为大连大特气体有限公司提供的为N2和NO组成的混合气， 其中NO浓度为1 OOOppm。气体分析仪为美国制造的42C NO-NO2-NOx Analyzer。微波场的功率O-IOOOw连续可调，频率为2400-2500MHz。石英管反应器为 WG1/2. 45-Φ5. 4X54。本实验所用的石英管长535mm，内径10mm。催化剂的填装量为4g，Cu的质量分数为5 %。进气NO浓度为lOOOppm，流量控制在 160ml/min，氧含量为5. 88%，反应压力为常压。对微波功率自动挡控制，反应温度250°C， NO含量为lOOOppm，转化率可达72. 8% ；催化剂的填装量为5g的Cu0-Cu-ZSM-5，Cu-ZSM-5中Cu的质量分数为5 %， CuO-Cu-ZSM-5中CuO的质量分数为40 %。对微波功率自动挡控制，使催化剂床层温度分别在180°C、300°C、38(rC，反应压力为常压。NO含量为lOOOppm，转化率分别为87. 60 %、 97. 95%,98. 93%。处理后烟气/废气可以达到国家排放标准。催化剂的填装量为5g的Cu0-Cu-ZSM-5，Cu-ZSM-5中Cu的质量分数为5 %，加入3 克Cu-ZSM-5催化剂，加入2克CuO混合。参见表1。表1反应床层温度对NO转化率的影响
催化剂反应床层温度°CNO转化率(％)
3gCu-ZSM-5+2gCu018087.60
30097.95
38098.93
45088.99实施例2使用金属锰等负载在活性炭上的催化剂Mn/AC，把催化剂装填在石英玻璃反应管内，石英玻璃反应管在微波场和微波能作用下可进行气_固催化反应。烟气/废气通过此石英玻璃反应管装填有催化剂Mn/AC的微波催化剂床层，进行微波催化还原反应使NO催化还原为N2,达到脱除NOx的目的。Mn/AC催化剂微波催化还原NO结果参见表2。
权利要求
1.一种微波催化剂，其特征在于所述微波催化剂为单一的金属氧化物、或者为金属氧化物加入金属和/或金属氧化物，采用沉淀或共沉淀方法制备成能够吸收微波的、能够与微波作用的、具有微波催化效应的、具有多孔的固体催化剂；所述单一的金属氧化物为铜、锰、铈、钛、钒、镁、铁的氧化物；所述金属为铜、锰、铈、钛、钒、镁、铁。
2.根据权利要求1所述的微波催化剂，其特征在于所述金属和金属氧化物的混合物的混合质量比1_35%。
3.一种微波催化剂，其特征在于所述微波催化剂以铁酸盐尖晶石类或铁酸盐尖晶石类负载金属或金属氧化物，所述铁酸盐尖晶石类采用共沉淀方法制备；所述催化剂为够吸收微波的、能够与微波作用的、具有微波催化效应的、单一的或多组分的、具有多孔的固体催化剂；所述单一的金属氧化物为铜、锰、铬、铈、钛、钒、镁、锌的氧化物；所述金属为铜、 锰、铬、铈、钛、钒、镁、锌。
4.一种微波催化剂，包括分子筛，其特征在于所述分子筛与金属或者金属氧化物组成的能够吸收微波的、能够与微波作用的、具有微波催化效应的、单一的或多组分的、具有多孔的固体催化剂；分子筛上含有金属量的质量比为5% -60%。
5.根据权利要求4所述的微波催化剂，其特征在于所述分子筛为ZSM类分子筛、Y分子筛、β分子筛。
6.一种微波催化剂，包括活性炭，其特征在于所述活性炭上负载金属或金属氧化物， 组成能够吸收微波的、能够与微波作用的、具有微波催化效应的、单一的或多组分的、具有多孔的固体催化剂；所述金属氧化物为铜、锰、铈、钛、钒、镁、铁的氧化物；所述金属为铜、 猛、铺、钛、 凡、镁、铁。
7.根据权利要求6所述的微波催化剂，其特征在于所述活性炭上负载金属的负载量的质量比为_15%，所述活性炭上负载的金属氧化物的负载量的质量比为5% -25%。
8.一种使用权利要求1-7任选一项的微波催化剂用于脱硝的方法，包括使用微波装置，在微波装置的微波反应管填充催化剂；其特征在于所述催化剂为权利要求1-7任选一项的微波催化剂，填充在微波装置的微波反应管中组成微波催化反应床层，当被处理气体通过微波催化反应床层时，反应温度150°C -600°C，反应的停留时间0. 2秒-5秒，被处理气体与微波催化剂发生气_固反应，微波催化剂将被处理气体中的氮氧化合物脱除。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述微波催化剂加入氧化铜，氧化铜的添加量为微波催化剂重量的10% 70% ；
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于所述微波催化剂加入活性炭，活性炭的添加量为微波催化剂重量的5% 50%。
全文摘要
一种微波催化剂及其应用方法，所述微波催化剂为单一的金属氧化物、或者为金属氧化物加入金属和/或金属氧化物，采用沉淀或共沉淀方法制备；或者以铁酸盐尖晶石类或铁酸盐尖晶石类负载金属或金属氧化物制备，或者在活性炭上负载金属或金属氧化物制备；其应用于脱硝的方法将上述催化剂填充在微波装置的微波反应管中组成微波催化反应床层，当被处理气体通过微波催化反应床层时，与微波催化剂发生气-固反应脱除氮氧化合物。所述微波催化剂加入氧化铜，氧化铜的添加量为微波催化剂重量的10％～70％；所述微波催化剂加入活性炭，活性炭的添加量为微波催化剂重量的5％～50％。本发明具有以下优点转化率高、节能环保、运行成本低。
文档编号B01J19/12GK102407113SQ201110451118
公开日2012年4月11日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者周继承, 王哲, 蒋尊芳, 高令飞 申请人:湘潭大学