一种氯化锶/膨胀蛭石复合储氨材料的制备方法及其应用

本发明属于氨气存储与吸附材料，具体涉及一种氯化锶/膨胀蛭石复合储氨材料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着全球工业化的发展，空气污染引起的环境问题对人们的生活质量和健康造成了严重影响。氮氧化物（nox）作为六大关键空气污染物之一，随着全球排放标准日益严格，减少nox已成为一个长期目标。选择性催化还原（scr）系统是消除nox的最为常见方法之一，其中nh3-scr系统可将nox还原为水（h2o）和氮气（n2）而成为常用技术。然而，nh3作为一种具有刺激性气味的有毒危险气体，在scr系统中nh3的安全存储、稳定输送、精准释放直接影响scr系统nox转化效率和nh3的逃逸控制，因此，开发高效的nh3存储与释放调控策略已成为scr技术落地应用中亟待突破的关键问题。

2、在传统scr系统中，尿素（(nh2)2co）可通过水解/热解间接供给氨，尿素基选择性催化还原（urea-scr）技术已成为车载尾气nox控制的主流技术策略。然而，该技术在实际车载工况下面临，包括尿素完全分解需要较高排气温度、低温易冻结、热解副产物易导致喷嘴或管路堵塞、尿素残留物导致催化剂中毒、且分解过程伴随co2的释放等一系列诸多挑战。因此，固态选择性催化还原（sscr）技术成为替代urea-scr系统的新一代技术方案。

3、在sscr系统中，nh3通常被碱土金属卤化物（aemh）络合，以金属氨络合物的形式存储，因其表现出的优异nh3存储能力、投放与调配过程简便、安全性优良等，成为极具竞争力的nh3存储载体。通过直接投加氨，固体scr系统在低排气温度下的脱硝效率得到了提高。因此，研究人员对aemh作为氨载体进行了包括储氢、热泵等各种研究与应用。其中氯化锶（srcl2）的理论储氨比容量突出，1mol srcl2可络合8mol nh3形成sr(nh3)8cl2，且可在中低温下实现氨的可控解吸。整个过程中仅作为载体使用而无明显质量损耗，在车用scr系统储氨与按需释放方面优势显著。

4、然而，纯srcl2作为氨载体在应用中存在严重的结构缺陷，在完全氨化后自身体积膨胀可达4倍，孔隙率大幅升高至约70%，容易导致成形体材料破碎粉化。在长期氨吸附-解吸循环过程中，材料还会发生团聚、熔融甚至挥发流失现象，引起材料循环性能衰减。反复吸附-脱附过程产生的结块与粉碎现象，会逐步削弱srcl2的吸附-解吸能力，进一步恶化材料循环性能，另一方面也会带来sscr系统充氨时间长、生产效率低的弊端问题。更为关键的是，粉化颗粒还会提升车载管道堵塞风险，直接威胁到车载系统的安全稳定运行，上述问题严重阻碍了该材料的推广与应用。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种氯化锶/膨胀蛭石复合储氨材料的制备方法及其应用，以克服现有技术的不足。

2、为实现以上发明目的，本发明采用了如下所述的技术方案：

3、本发明的第一方面提供了一种氯化锶/膨胀蛭石复合储氨材料的制备方法，包括：

4、提供具有多级孔道结构的膨胀蛭石材料；

5、将膨胀蛭石与氯化锶水溶液混合、搅拌，制得混合浆液，静置陈化；

6、将混合浆液干燥，得到所述氯化锶/膨胀蛭石复合储氨材料。

7、本发明的第二方面提供了一种氯化锶/膨胀蛭石复合储氨材料，它由前述氯化锶/膨胀蛭石复合储氨材料的制备方法制备得到，所述氯化锶/膨胀蛭石复合储氨材料包括：作为载体的、具备多级孔道结构的膨胀蛭石基体，以及均匀负载所述膨胀蛭石基体上的活性吸附组分氯化锶。

8、本发明的第三方面提供了前述氯化锶/膨胀蛭石复合储氨材料在车载固态氨scr系统中的用途。

9、本发明的第四方面提供了一种机动车尾气scr脱硝用储氨材料，所述储氨材料包含前述氯化锶/膨胀蛭石复合储氨材料。

10、本发明的第五方面提供了一种机动车尾气中nox的脱除方法，将前述的氯化锶/膨胀蛭石复合储氨材料吸附氨气后置于机动车尾气通路中，在催化剂及反应温度条件下，材料释放的氨气与尾气中的nox发生还原反应，完成尾气中nox的有效脱除。

11、本发明在保留氯化锶优异氨吸附特性的基础上，有效提升氯化锶的氨吸附性能，同时解决氯化锶储氨材料在吸附-脱附循环过程中易结块、易粉化结构稳定性差的技术问题。相较于现有技术，本发明具备以下优点：

12、1、原料廉价易得，材料整体经济性好。本发明采用天然原生蛭石经高温热处理制备膨胀蛭石载体，原料储量丰富、获取成本低。相较于现有技术中膨胀石墨、石墨烯、分子筛等高价载体材料，本发明大幅降低了复合材料的制备成本，具备良好的工业化推广价值。

13、2、依托多级孔骨架结构，显著改善材料结构稳定性，抑制结块粉化。膨胀蛭石具有高孔容量、结构稳定的片状叠层骨架结构，将氯化锶均匀负载于膨胀蛭石的孔道及骨架表面后，可借助载体刚性骨架的支撑与限域作用，有效约束氯化锶吸脱氨过程中的体积形变，避免活性盐团聚、结块与粉化脱落。同时其丰富的孔隙结构为氨气扩散提供通畅传质通道，从结构根源改善了传统金属氯化物传质受限、循环稳定性差的缺陷。

14、3、实现充氨速率与充氨容量协同提升，储氨性能显著优于现有常规材料。现有物理改性储氨材料普遍存在充氨速率慢、充氨效率低、性能参数相互制约的问题，充氨平衡时间长达24 h以上、充氨质量分数不足85%。本发明通过膨胀蛭石多孔结构与氯化锶的协同吸附作用，大幅优化氨传质效率，复合材料可在7 h内实现85%以上的有效充氨效率，同步提升充氨速率与储氨容量，解决了现有技术性能难以兼顾的瓶颈。

1.一种氯化锶/膨胀蛭石复合储氨材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述膨胀蛭石的制备步骤包括：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述预设温度为800℃-1200℃。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述保温的时长为30min-240min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述膨胀蛭石与氯化锶水溶液中所含氯化锶的质量比为0.5:10-3.5:10。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述静置陈化的时长为20min-100min。

7.一种氯化锶/膨胀蛭石复合储氨材料，其特征在于：它由权利要求1-6中任一项所述的氯化锶/膨胀蛭石复合储氨材料的制备方法制备得到，所述氯化锶/膨胀蛭石复合储氨材料包括：作为载体的、具备多级孔道结构的膨胀蛭石基体，以及均匀负载所述膨胀蛭石基体上的活性吸附组分氯化锶。

8.权利要求7所述的氯化锶/膨胀蛭石复合储氨材料在车载固态氨scr系统中的用途。

9.一种用于机动车尾气scr脱硝的储氨材料，其特征在于，包含权利要求7所述的氯化锶/膨胀蛭石复合储氨材料；所述储氨材料通过吸附储存、可控释放氨气，为尾气脱硝反应提供还原剂。

10.一种机动车尾气中nox的选择性催化还原脱除方法，其特征在于，包括以下步骤：