本發明涉及一種射頻放電等離子體增強改性mn基脫硝催化劑的制備方法及應用，具體說它是對大氣污染物質no進行有效降解的催化劑，屬于大氣污染治理和環保催化環境領域。

背景技術：

1、氮氧化物(nox)是大氣中的主要污染物之一，主要來自固定污染源和移動污染源的廢氣排放。nox不僅危害人體健康，還會產生光化學煙霧、酸雨、溫室效應，導致臭氧消耗等環境污染。因此，控制nox的排放是當前大氣污染治理的重要內容之一。

2、nh3選擇性催化還原(nh3-scr)技術已成為脫除固定源和移動源煙氣中nox的一種有效減排工藝。nh3-scr技術是以液氨或尿素作為氨源，在催化劑作用下選擇性的與nox反應生成無毒無害的n2和h2o的過程。催化劑是nh3-scr技術的核心，催化劑性能的優劣會直接影響整個nh3-scr系統的脫硝效果。因此，nh3-scr降解nox的催化劑的開發勢在必行。

3、傳統的國內外商業化的v2o5-wo3(moo3)/tio2脫硝催化劑具有低溫活性(<300℃)差，操作溫度窗口窄(300-400℃)，釩物種具有生物毒性、抗毒性差等缺陷，限制了其使用范圍。mn基催化劑由于具有可變的價態和優異的氧化還原能力，因此表現出優異的低溫scr活性，并且無毒、價格低廉，是替代v基催化劑的環保型的scr催化劑，受到了人們的廣泛關注。然而，單一mn基催化劑仍然存在工作溫度窗口窄、高溫下活性低、傳統焙燒時間長等缺點，限制了其實際應用。因此，亟需對mn基催化劑進行改性研究，開發一種成本低廉、活化時間短并且具有較優活性和較寬操作溫度窗口的環保型nh3-scr脫硝催化劑，以滿足越來越嚴格的nox排放標準。

4、本專利的設計思路是采用射頻放電等離子體耦合共沉淀法增強改性mn基脫硝催化劑。據文獻報道引入助劑ce和nb會提升其催化劑的低溫活性和拓寬操作溫度窗口，但引入助劑ce和nb之后的低溫脫硝活性仍不如意。本以為助劑ce和nb具有的特殊物理化學性質，應該具有較高低溫活性，但未能表現出來。據文獻報道采用共沉淀法也能提升其催化劑的低溫活性和拓寬操作溫度窗口，但采用共沉淀法制備的催化劑的低溫脫硝活性仍不如意。本以為采用共沉淀法制備的催化劑應該具有較高低溫活性，但也未能表現出來。于是我們分析：催化劑的低溫活性主要在于催化劑中各組分之間的相互作用力，據文獻報道采用采用射頻放電等離子體可以提升其催化劑的相互作用力。因此，我們采用射頻放電等離子體耦合共沉淀法去增強改性mn基脫硝催化劑，目前鮮有報道。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種射頻放電等離子體增強改性mn基脫硝催化劑的制備方法及應用，該制備方法工藝簡單，成本低，時間短，易于控制，適合工業生產。本發明解決的第一個問題是開發具備自主知識產權的高活性、廉價無毒的mn基金屬氧化物催化劑；本發明解決的第二個問題是擴寬催化劑的操作溫度窗口，尤其是其低溫活性，在148-428℃實現80％以上no轉化率。本發明解決的第三個問題是采用等離子體增強改性處理mn0.1ce0.1nb0.03tiox催化劑，節約了大量催化劑活化時間。

2、為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

3、一種射頻放電等離子體增強改性mn基脫硝催化劑的制備方法及應用，包括以下步驟：

4、(a)稱取計量比的活性組分mn(no3)2·4h2o、助劑ce(no3)4·6h2o、助劑c10h5nbo20溶于去離子水中，攪拌直至完全溶解，得到透明溶液；

5、(b)將計量的ti(so4)2載體加入(a)步驟得到的透明溶液中；

6、(c)在攪拌的情況下逐滴加入氨水至步驟(b)溶液中調節ph≈10；

7、(d)將步驟(c)得到的溶液攪拌1h，再老化1h；

8、(e)將步驟(d)得到的溶液轉入離心管里面離心，洗滌至中性；

9、(f)將步驟(e)得到的樣品催化劑放在110℃烘箱中，過夜干燥；

10、(g)將(f)步驟得到的樣品研磨至細粉，經等離子體處理并調節適應的等離子體參數，即得mn0.1ce0.1nb0.03tiox-ap催化劑。

11、按照上述方案，載體與活性組分的摩爾比為n(ti(so4)2):n(mn(no3)2·4h2o)＝1:0.1；

12、按照上述方案，載體與助劑ce的摩爾比為n(ti(so4)2):n(ce(no3)4·6h2o)＝1:0.1；

13、按照上述方案，載體與助劑nb的摩爾比為n(ti(so4)2):n(c10h5nbo20)＝1:0.03；

14、按照上述方案，所述的ti(so4)2的質量為3g；

15、按照上述方案，所述的等離子參數有放電氣氛、放電功率和放電時間；

16、按照上述方案，所述的放電氣氛有n2、h2和air；

17、按照上述方案，所述的放電功率有100w、150w、200w和250w；

18、按照上述方案，所述的放電時間有5min、10min、15min和20min；

19、本發明還提供了上述技術方案任意一項所述的制備方法所制備的nh3-scr降解no催化劑在尾氣脫硝中的應用。

20、本發明具有如下優點：

21、1.mn0.1ce0.1nb0.03tiox-ap金屬氧化物催化劑具有較優的低溫催化活性和較寬的溫度操作窗口。在250℃最高no轉化率可達到98％，t80溫度區間為148-428℃。

22、2.采用等離子體增強改性處理催化劑，可替代傳統焙燒，該制備方法工藝簡單，時間短，成本低，易于控制，適合工業生產。

技術特征：

1.一種射頻放電等離子體增強改性mn基脫硝催化劑的制備方法及應用，該制備方法包括以下各步驟：

2.根據權利要求1所述的射頻放電等離子體增強制備mn基脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，載體與活性組分的摩爾比為n(ti(so4)2):n(mn(no3)2·4h2o)＝1:0.1。

3.根據權利要求1-2任一項所述的射頻放電等離子體增強制備mn基脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，載體與助劑ce的摩爾比為n(ti(so4)2):n(ce(no3)4·6h2o)＝1:0.1。

4.根據權利要求1-3任一項所述的射頻放電等離子體增強制備mn基脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，載體與助劑nb的摩爾比為n(ti(so4)2):n(c10h5nbo20)＝1:0.03。

5.根據權利要求1-4任一項所述的射頻放電等離子體增強制備mn基脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，所述載體為前驅體ti(so4)2。

6.根據權利要求1-5任一項所述的射頻放電等離子體增強制備mn基脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，等離子體放電氣氛為air。

7.根據權利要求1-6任一項所述的射頻放電等離子體增強制備mn基脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，等離子體放電功率為200w。

8.根據權利要求1-7任一項所述的射頻放電等離子體增強制備mn基脫硝催化劑的制備方法，其特征在于，等離子體放電時間為10min。

9.根據權利要求1-8任一項所述的用于任一項所述的用于nh3-scr降解no催化劑在尾氣脫硝中的應用。

技術總結
本發明公開了一種射頻放電等離子體增強改性Mn基脫硝催化劑的制備方法及應用，具體是對大氣污染物質NO進行有效降解的催化劑，屬于大氣污染治理和環保催化環境領域。該催化劑首先采用共沉淀法，選用具有良好低溫活性且成本低廉的無毒的Mn作為金屬活性組分，Ti(SO4)2作為載體前驅體，Ce和Nb作為助劑，并優化了各組分之間的比例，制備了具有較優活性的Mn0.1Ce0.1Nb0.03TiOx催化劑。然而，該催化劑的低溫活性還有待提升并且制備過程耗時，因此，我們之后采用射頻等離子體對Mn0.1Ce0.1Nb0.03TiOx催化劑進行了增強改性處理，探討了不同等離子體放電氣氛、放電功率以及放電時間，制備了一系列催化劑，合成出了最優的低溫活性和最寬的操作溫度窗口的Mn0.1Ce0.1Nb0.03TiOx?AP催化劑，在250℃最高NO轉化率可達到98％，T80溫度區間為148?428℃，相比基礎Mn0.1Ce0.1Nb0.03TiOx催化劑，低溫活性進一步下降，T80溫域進一步拓寬。另外，該改性方法工藝簡單，成本低，時間短，易于控制，適合工業化生產。同時，表征結果表明，經過等離子體改性之后，催化劑主要呈現非晶態的無定型結構，增強了催化劑的氧化還原性能以及各組分之間的相互作用力，有利于催化劑脫硝活性的提升以及操作溫度窗口的拓寬。

技術研發人員：郭芳,劉慶,許俊強,謝茂林,李艷蘭,劉佳穎,彭敬銘
受保護的技術使用者：重慶理工大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28