【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化剂，具体涉及一种氧化亚氮制硝酸的催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、n2o是一种重要的温室气体，其单分子增温潜势是co2的300倍左右。它在大气中的停留时间长且可输送至平流层，对臭氧层消耗极大。以己二酸为原料的化学品的生产、生物质燃烧、农田土壤的温室气体挥发以及机动车尾气排放都产生大量n2o。n2o作为碳排放中的重要温室气体，其减排对于我国至关重要。当前对n2o的研究方向集中于催化分解成氮气和氧气进行无害化处理。
2、如中国专利cn114082297b公开了一种氧化亚氮低温分解的方法，包括将氧化亚氮通入装载有催化剂的固定床反应器，于50~350℃条件下反应得到氮气和将被氧化的催化剂与氢气反应得到水，实现催化剂的再生；两个步骤可顺序进行或同时进行；所述催化剂为cuxmy。通过该专利技术的方法，氧化亚氮被转化为氮气和水，方法条件温和、操作方便、氧化亚氮选择性分解彻底。
3、如中国专利cn109701635a公开了一种用于氧化亚氮选择性分解的铁基分子筛催化剂及其制备方法与应用。该铁基分子筛催化剂的活性组分为fe3+和低聚体fexoy；负载活性组分的载体为分子筛。该专利技术铁基分子筛催化剂采用固态或液态离子交换法制备；其中固态离子交换法是将活性组分的前驱体和分子筛混合、研磨，然后烘焙；液态离子交换法是将活性组分的前驱体溶于水中，然后与分子筛混合，进行超声处理，然后进行干燥、烘焙得到。该氧化亚氮选择性分解的铁基分子筛催化剂应用于固定源尾气或机动车尾气中氧化亚氮的去除中，具有绿色无毒性，成本低
4、但是上述技术方案主要是通过催化剂对氧化亚氮直接分解为氮气和水或者利用催化剂吸收氧化亚氮进行无害化处理，未对氧化亚氮进行二次利用。工业上通常用一氧化氮与氧气反应后溶于水中制备硝酸，因此，需要一种催化剂将n2o分解成no，用于制备硝酸。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种氧化亚氮制硝酸的催化剂及其制备方法和应用，实现将n2o分解成no，用于制备硝酸的目的。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种氧化亚氮制硝酸的催化剂，催化剂是金属氧化物，所述金属氧化物包括活性组分和改性组分，所述活性组分包括铁、铜、钴、锌、锰、锆、和镍；所述改性组分包括铝、镁和镧；所述活性组分与改性组分的摩尔比为4~55：1~3；所述金属氧化物微观整体呈长条形，由有序的纳米颗粒堆叠而成。
3、本专利技术提供的技术方案中的催化剂，由图1可知，催化剂的微观形状为有序的纳米颗粒，堆叠后呈长条形，具有较大的比表面积，能够提供更多的活性位点。由图2可知，在o2、高温和催化剂的作用下，可以有效催化n-n键的解离，使n2o选择性地分解为no，催化剂使n2o分解为no的选择性在一定范围内随着温度的升高而升高，并且选择性最好的温度在1000摄氏度，最高选择性可以达到15.89%。
4、为实现上述目的，本专利技术还提供了一种氧化亚氮制硝酸的催化剂的制备方法，包括以下步骤，步骤一、选择所述活性组分的硝酸盐溶液和所述改性组分的硝酸盐溶液与沉淀剂溶液混合得悬浊液；步骤二、将所述悬浊液进行离心、洗涤、干燥和焙烧得到所述金属氧化物。
5、本专利技术提供的催化剂的制备方法过程简单，易于大规模生产，原料价廉易得，成本低。
6、可选的，所述步骤一包括所述硝酸盐溶液与所述沉淀剂溶液在恒压条件下分别缓慢滴加水溶液中，ph值保持在8~10范围内，温度为60~70℃恒温条件，所述硝酸盐溶液与沉淀剂溶液完全混合后继续搅拌1~2h。
7、可选的，所述硝酸盐溶液是所述活性组分和所述改性组分中一种或两种以上金属的硝酸盐溶液；所述沉淀剂溶液是0.1~0.3mol的na2co3和0.1~0.3mol的naoh固体溶解于去离子水中而形成的碱溶液。
8、可选的，所述缓慢滴加速率为每滴2~3秒。
9、可选的，所述步骤二包括所述悬浊液离心后得到沉淀物，所述沉淀物洗涤至ph为中性后在80~120℃下干燥10~20h，干燥后在300~550℃焙烧200~300min，得所述金属氧化物。
10、为实现上述目的，本专利技术还提供一种氧化亚氮制硝酸的催化剂的应用，所述催化剂应用于氧化亚氮制备硝酸，所述应用时将所述催化剂破碎为粉末，压力为40~60mpa压片，最终将催化剂研磨筛分为40~60目颗粒。
11、可选的，所述应用包括以下步骤：将所述催化剂装填于固定床管式反应器的恒温段区间内，通入氮气以1~10℃/min由室温升温到600℃~1000℃，到达温度后，将氮气切换至反应原料气，反应后的产物经冷凝器冷却后由管道输送至装有去离子水的洗瓶中吸收得硝酸。
12、可选的，所述反应器装填条件为：催化剂用量为0.5g，装填于恒温区，在上下两端各装填40~60目石英砂1.5g，并用石英棉隔开石英砂和催化剂。
13、可选的，所述反应原料气中n2o:n2:o2的体积比值为2:2:1，反应温度控制在600~1000℃，反应压力控制在常压，气体流速控制在100ml/min，反应时间为6~48h。
14、本专利技术的上述技术方案至少包括以下有益效果：
15、1、本专利技术提供的催化剂具有较大的比表面积，能够提供更多的活性位点，并且在一定条件下可以使n2o选择性分解为no，催化性能优异，催化寿命长，机械强度高。
16、2、本专利技术提供的催化剂的制备方法工艺简单，易于大规模生产，原料成本低，使用该制备方法得到的催化剂具有高度的金属分散性，防止大颗粒生成，提高了催化活性。
17、3、本专利技术提供的催化剂应用于n2o选择分解为no，开发了以n2o作为催化反应原料制备具有工业价值的硝酸的同时，有效降低氧化亚氮排放带来的温室效应，该应用可实现氧化亚氮无害化的同时对氧化亚氮进行有效利用，具有极高的工业应用价值和前景，特别是可用于生产过程中产生大量氧化亚氮的企业或者尾气处理领域，例如己二酸或者制硝酸产业。
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1.一种氧化亚氮制硝酸的催化剂，其特征在于，催化剂是金属氧化物，所述金属氧化物包括活性组分和改性组分，所述活性组分包括铁、铜、钴、锌、锰、锆、和镍；所述改性组分包括铝、镁和镧；所述活性组分与改性组分的摩尔比为4~55：1~3；所述金属氧化物微观整体呈长条形，由有序的纳米颗粒堆叠而成。
2.一种如权利要求1所述的氧化亚氮制硝酸的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
3.根据权利要求2所述的氧化亚氮制硝酸的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一包括所述硝酸盐溶液与所述沉淀剂溶液在恒压条件下分别缓慢滴加水溶液中，pH值保持在8~10范围内，温度为60~70℃恒温条件，所述硝酸盐溶液与沉淀剂溶液完全混合后继续搅拌1~2h。
4.根据权利要求3所述的氧化亚氮制硝酸的催化剂的制备方法，其特征在于，所述硝酸盐溶液是所述活性组分和所述改性组分中一种或两种以上金属的硝酸盐溶液；所述沉淀剂溶液是0.1~0.3mol的Na2CO3和0.1~0.3mol的NaOH固体溶解于去离子水中而形成的碱溶液。
5.根据权利要求3所述的氧化亚氮制硝酸的催化剂
6.根据权利要求2所述的氧化亚氮制硝酸的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤二包括所述悬浊液离心后得到沉淀物，所述沉淀物洗涤至pH为中性后在80~120℃下干燥10~20h，干燥后在300~550℃焙烧200~300min，得所述金属氧化物。
7.一种如权利要求1所述的氧化亚氮制硝酸的催化剂的应用，其特征在于，所述催化剂应用于氧化亚氮制备硝酸，所述应用时将所述催化剂破碎为粉末，压力为40~60Mpa压片，最终将催化剂研磨筛分为40~60目颗粒。
8.根据权利要求7所述的氧化亚氮制硝酸的催化剂的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：将所述催化剂装填于固定床管式反应器的恒温段区间内，通入氮气以1~10℃/min由室温升温到600℃~1000℃，到达温度后，将氮气切换至反应原料气，反应后的产物经冷凝器冷却后由管道输送至装有去离子水的洗瓶中吸收得硝酸。
9.根据权利要求8所述的氧化亚氮制硝酸的催化剂的制备方法，其特征在于，所述反应器装填条件为：催化剂用量为0.5g，装填于恒温区，在上下两端各装填40~60目石英砂1.5g，并用石英棉隔开石英砂和催化剂。
10.根据权利要求9所述的氧化亚氮制硝酸的催化剂的制备方法，其特征在于，所述反应原料气中N2O:N2:O2的体积比值为2:2:1，反应温度控制在600~1000℃，反应压力控制在常压，气体流速控制在100ml/min，反应时间为6~48h。
...【技术特征摘要】
1.一种氧化亚氮制硝酸的催化剂，其特征在于，催化剂是金属氧化物，所述金属氧化物包括活性组分和改性组分，所述活性组分包括铁、铜、钴、锌、锰、锆、和镍；所述改性组分包括铝、镁和镧；所述活性组分与改性组分的摩尔比为4~55：1~3；所述金属氧化物微观整体呈长条形，由有序的纳米颗粒堆叠而成。
2.一种如权利要求1所述的氧化亚氮制硝酸的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
3.根据权利要求2所述的氧化亚氮制硝酸的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一包括所述硝酸盐溶液与所述沉淀剂溶液在恒压条件下分别缓慢滴加水溶液中，ph值保持在8~10范围内，温度为60~70℃恒温条件，所述硝酸盐溶液与沉淀剂溶液完全混合后继续搅拌1~2h。
4.根据权利要求3所述的氧化亚氮制硝酸的催化剂的制备方法，其特征在于，所述硝酸盐溶液是所述活性组分和所述改性组分中一种或两种以上金属的硝酸盐溶液；所述沉淀剂溶液是0.1~0.3mol的na2co3和0.1~0.3mol的naoh固体溶解于去离子水中而形成的碱溶液。
5.根据权利要求3所述的氧化亚氮制硝酸的催化剂的制备方法，其特征在于，所述缓慢滴加速率为每滴2~3秒。
6.根据权利要求2所述的氧化亚氮制硝酸的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤二包括所述悬浊液...
【专利技术属性】
技术研发人员：张昌会，刘殿华，华东旭，郝瑛轩，田言峰，何牧谦，李迎春，陈前，宋铭铭，刘忠，穆倩楠，李增光，姚鑫，李晓叶，张永利，
申请(专利权)人：河南神马减碳技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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