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1、(10)申请公布号 CN 103816889 A (43)申请公布日 2014.05.28 CN 103816889 A (21)申请号 201410061289.8 (22)申请日 2014.02.24 B01J 23/22(2006.01) B01D 53/90(2006.01) B01D 53/56(2006.01) (71)申请人 中国科学院生态环境研究中心 地址 100085 北京市海淀区双清路 18 号中 国科学院生态环境研究中心环境技术 楼 613 (72)发明人 贺泓 连志华 刘福东 石晓燕 (74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司 11332 代理人 巩克栋 (54) 。
2、发明名称 一种铈钛负载钒催化剂、 制备方法及其用途 (57) 摘要 本发明公开了一种铈钛负载钒催化剂, 所述 催化剂由 CeaTibOx载体以及负载在该载体上的 V2O5活性组分组成, 所述 a:b 为 0.5:1 2:1, 以 CeaTibOx载体的质量为 100wt% 计, 所述 V2O5活性 组分的质量为 1 10wt% 且不包括 3wt%。本发明 所述催化剂在 200 400的温度范围内具有接 近 100% 以上的 NOx净化效率, 具有很好的 NH3-SCR 活性, 操作温度窗口大幅拓宽, 并且具有优异的抗 SO2中毒性能, 可用于 NH3-SCR 过程催化净化 NOx。 (51)I。
3、nt.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书6页 (10)申请公布号 CN 103816889 A CN 103816889 A 1/2 页 2 1. 一种铈钛负载钒催化剂, 其特征在于, 所述催化剂由 CeaTibOx载体以及负载在该载 体上的 V2O5活性组分组成, 所述 a:b 为 0.5:1 2:1, 以 CeaTibOx载体的质量为 100wt% 计, 所述 V2O5活性组分的质量为 1 10wt% 且不包括 3wt%。 2.如权利要求1所述的催化剂, 其特征在于, 以CeaTibOx载体的质量为。
4、100wt%计, 所述 V2O5活性组分的质量为 1 3wt% 且不包括 3wt%, 优选 2.8wt%。 3.一种如权利要求1或2所述的铈钛负载钒催化剂的制备方法, 其特征在于, 所述方法 包括如下步骤 : (1) 制备 CeaTibOx载体 ; (2) 在草酸条件下, 配制偏钒酸铵溶液, 然后将 CeaTibOx载体浸渍于溶液中, 搅拌, 然后 蒸干, 干燥, 在空气气氛下焙烧, 得到铈钛负载钒催化剂。 4.如权利要求3所述的方法, 其特征在于, 步骤 (1) 采用均匀沉淀法制备CeaTibOx载体, 包括如下步骤 : (1 ) 配制 Ce 源和 Ti 溶液, 将 Ce 源溶液和 Ti 溶。
5、液混合均匀, 得到混合溶液 ; (2 ) 向混合溶液中加入过量尿素沉淀剂, 搅拌以使Ce和Ti离子共沉淀完全, 将得到的 沉淀产物抽滤, 洗涤, 干燥, 在空气气氛下焙烧, 得到所述 CeaTibOx载体。 5. 如权利要求 4 所述的方法, 其特征在于, 步骤 (1 ) 所述 Ce 源选自硝酸铈、 硝酸铈铵、 氯化亚铈或硫酸铈中的任意一种或者至少两种的混合物, 优选硝酸铈 ; 优选地, 步骤 (1 ) 所述 Ti 源选自四氯化钛、 硫酸钛或钛酸四丁酯中的任意一种或者至 少两种的混合物, 优选硫酸钛 ; 优选地, 尿素 /(Ce 源 +Ti 源) 摩尔比为 8 12:1, 优选 10:1。 6。
6、. 如权利要求 4 或 5 所述的方法, 其特征在于, 步骤 (2 ) 所述沉淀温度为 80 100, 优选 90 ; 优选地, 步骤 (2 ) 所述沉淀的时间为 8 15h, 优选 9 13h, 进一步优选 12h ; 优选地, 步骤 (2 ) 所述干燥的温度为90110, 优选95105, 进一步优选100; 优选地, 步骤 (2 ) 所述干燥的时间为 8 15h, 优选 9 13h, 进一步优选 12h ; 优选地, 步骤 (2 ) 所述焙烧温度为400600, 优选500600, 进一步优选500; 优选地, 步骤 (2 ) 所述焙烧时间为 2 5h, 优选 3h。 7. 如权利要求 。
7、3-6 之一所述的方法, 其特征在于, 步骤 (2) 搅拌在室温下进行, 搅拌时 间为 0.5 3h, 优选 1h ; 优选地, 步骤 (2) 所述蒸干采用旋转蒸发仪实现, 蒸干的温度为 40 80, 优选 60; 优选地, 步骤 (2) 所述干燥的温度为 90 110, 优选 95 105, 进一步优选 100; 优选地, 步骤 (2) 所述干燥的时间为 8 15h, 优选 9 13h, 进一步优选 12h。 8. 如权利要求 3-7 之一所述的方法, 其特征在于, 步骤 (2)所述焙烧温度为 400 600, 优选 500 600, 进一步优选 500 ; 优选地, 步骤 (2) 所述焙烧。
8、时间为 2 5h, 优选 3h。 9. 如权利要求 3-8 之一所述的方法, 其特征在于, 所述方法包括如下步骤 : (a) 以硝酸铈作为 Ce 源, 以硫酸钛作为 Ti 源, 尿素作为沉淀剂, 将硫酸钛和硝酸铈制 成混合溶液, 然后向其中加入过量尿素沉淀剂, 在90水浴条件下连续搅拌12h, 使得Ce和 Ti 离子共沉淀完全, 对沉淀物进行抽滤和洗涤, 之后将滤饼放于 100烘箱干燥 12h, 最后 权 利 要 求 书 CN 103816889 A 2 2/2 页 3 在马弗炉中、 空气气氛下于 400 600焙烧 3h, 得到 CeaTibOx载体 ; (b) 在草酸存在条件下, 配制偏钒。
9、酸铵溶液, 然后将CeaTibOx载体浸渍于溶液中, 室温搅 拌 1h, 60经旋转蒸发仪蒸干, 100烘箱干燥 12h, 最后在空气气氛下在 500焙烧 3h, 得 到铈钛负载钒催化剂。 10. 一种如权利要求 1 或 2 所述的铈钛负载钒催化剂的用途, 其特征在于, 所述催化剂 用于 NH3-SCR 过程催化净化 NOx。 权 利 要 求 书 CN 103816889 A 3 1/6 页 4 一种铈钛负载钒催化剂、 制备方法及其用途 技术领域 0001 本发明涉及一种铈钛负载钒催化剂、 制备方法及其用途。 背景技术 0002 目前在以 NH3为还原剂选择性催化还原 NOx(NH3-SCR)。
10、所用的催化剂体系多为 V2O5-WO3(MoO3)/TiO2以及相应的改进体系, 广泛用于燃煤电厂、 工业锅炉等固定源烟气脱硝 净化过程, 在较高温度段具有高的 NOx净化效率和抗 SO2中毒性能。但是催化剂体系存在着 操作温度窗口较窄、 高温时 N2O 大量生成造成 N2选择性下降、 高温热稳定性差等缺点。目前 开发的非钒基 NH3-SCR 催化剂体系主要包括负载活性组分的分子筛催化剂以及氧化物类催 化剂, 其中 Fe、 Cu 基分子筛催化剂虽性能优越, 但仍存在着价格昂贵、 水热稳定性和抗硫性 能较差等缺点, Fe、 Ce 基氧化物类催化剂存在着抗硫性能差、 活性低等缺点。因此对钒基催 化。
11、剂进行改进满足应用需要仍是 NH3-SCR 领域的重要研究内容。 0003 本申请人在先发表的论文 (连志华, 刘福东, 石晓燕, 贺泓, V2O5/CeTiOx催化剂用于 低温 NH3选择性催化还原, 第七届全国环境化学大会, 2013 年 9 月 22 日 -25 日) 公开了一种 铈钛负载钒催化剂, 将V2O5/CeTiOx催化剂用于低温NH3选择性催化还原NOx。 但是其仅实现 了催化剂的低温性能优异, 并未提及抗 SO2中毒性能。 发明内容 0004 针对已有技术的问题, 本发明的目的之一在于提供一种铈钛负载钒催化剂, 所述 催化剂除具有优异的低温性能外, 还具有优异的抗 SO2中毒。
12、性能。 0005 为了达到上述目的, 本发明采用了如下技术方案 : 0006 一种铈钛负载钒催化剂, 所述催化剂由 CeaTibOx载体以及负载在该载体上的 V2O5 活性组分组成, 所述 a:b 为 0.5:1 2:1, 以 CeaTibOx载体的质量为 100wt% 计, 所述 V2O5活 性组分的质量为 1 10wt% 且不包括 3wt%, 即所述 V2O5活性组分的质量为 CeaTibOx载体的 质量的 1 10wt% 且不包括 3wt%, 例如 1.5wt%、 2wt%、 2.5wt%、 3.5wt%、 4wt%、 4.5wt%、 5wt%、 5.5wt%、 6wt%、 6.5wt%。
13、、 7wt%、 7.5wt%、 8wt%、 8.5wt%、 9wt% 或 9.5wt%。 0007 所 述 a:b 例 如 为 0.5:1、 0.6:1、 0.7:1、 0.8:1、 0.9:1、 1:1、 1.1:1、 1.2:1、 1.3:1、 1.4:1、 1.5:1、 1.6:1、 1.7:1、 1.8:1 或 1.9:1。 0008 优选地, 以CeaTibOx载体的质量为100wt%计, 所述V2O5活性组分的质量为13wt% 且不包括 3wt%, 优选 2.8wt%。 0009 本发明通过选择 CeaTibOx作为载体以及合适量的 V2O5作为活性组分, 并对载体的 化学组成进行。
14、了具体限定, 使得到的催化剂除具有优异的低温性能外, 操作温度窗口大幅 拓宽, 还具有优异的抗 SO2中毒性能。 0010 本发明的目的之二在于提供一种如上所述的铈钛负载钒催化剂的制备方法, 所述 方法为浸渍法, 包括如下步骤 : 0011 (1) 制备 CeaTibOx载体 ; 说 明 书 CN 103816889 A 4 2/6 页 5 0012 (2) 在草酸条件下, 配制偏钒酸铵溶液, 然后将 CeaTibOx载体浸渍于溶液中, 搅拌, 然后蒸干, 干燥, 在空气气氛下焙烧, 得到铈钛负载钒催化剂。 0013 优选地, 采用均匀沉淀法制备 CeaTibOx载体, 包括如下步骤 : 00。
15、14 (1 ) 配制 Ce 源和 Ti 溶液, 将 Ce 源溶液和 Ti 溶液混合均匀, 得到混合溶液 ; 0015 (2 ) 向混合溶液中加入过量尿素沉淀剂, 搅拌以使Ce和Ti离子共沉淀完全, 将得 到的沉淀产物抽滤, 洗涤, 干燥, 在空气气氛下焙烧, 得到所述 CeaTibOx载体。 0016 优选地, 所述 Ce 源选自硝酸铈、 硝酸铈铵、 氯化亚铈或硫酸铈中的任意一种或者 至少两种的混合物, 优选硝酸铈。 0017 优选地, 所述 Ti 源选自四氯化钛、 硫酸钛或钛酸四丁酯中的任意一种或者至少两 种的混合物, 优选硫酸钛。 0018 优选地, 尿素/ (Ce源+Ti源) 摩尔比为8。
16、12:1, 例如8.2:1、 8.4:1、 8.6:1、 8.8:1、 9:1、 9.2:1、 9.4:1、 9.6:1、 9.8:1、 10.2:1、 10.6:1、 10.8:1、 11:1、 11.4:1、 11.8:1, 优选 10:1。 0019 尿素 /(Ce 源 +Ti 源) 摩尔比越大, 尿素水解而释放出的氨量相应增多, 溶液碱性 增强, 沉淀物的生成量也随之增加, 沉淀更加完全, 产率也逐渐增大。 同时, 沉淀的过饱和度 增大, 根据化学反应动力学理论, 过饱和度增大, 晶粒的生成速率越快, 使得成核速度明显 高于晶核的生长速度, 有利于生成小粒径颗粒。当尿素 /(Ce 源 。
17、+Ti 源) 摩尔比过大, 沉淀 物的增加量不显著, 沉淀近乎完全, 且浓度过高, 浪费原料, 增加成本。 0020 优选地, 所述沉淀温度为 80 100, 例如 81、 83、 85、 87、 89、 91、 91.5 、 92 、 92.5 、 93 、 93.5 、 94 、 94.5 、 95 、 95.5 、 96 、 96.5 、 97 、 97.5、 98、 98.5、 99、 99.5, 优选 90。 0021 所述沉淀的时间为 8 15h, 例如 8.5h、 9h、 9.5h、 10h、 10.5h、 11h、 11.5h、 12h、 12.5h、 13h、 13.5h、 。
18、14h、 14.5h, 优选 9 13h, 进一步优选 12h。 0022 优选地, 所述干燥的温度为 90 110, 例如 91、 92、 93、 94、 95、 96、 97 、 98 、 99 、 101 、 102 、 103 、 104 、 106 、 107 、 108 、 109 , 优 选 95 105, 进一步优选 100。 0023 优选地, 所述干燥的时间为 8 15h, 例如 8.5h、 9h、 9.5h、 10h、 10.5h、 11h、 11.5h、 12h、 12.5h、 13h、 13.5h、 14h、 14.5h, 优选 9 13h, 进一步优选 12h。 0。
19、024 所述焙烧在空气气氛中进行, 所述焙烧温度为 400 600, 例如 430、 460、 510、 540、 570、 580、 590, 优选 500 600, 进一步优选 500。 0025 所述焙烧时间为 2 5h, 例如 2.4h、 2.7h、 3.1h、 3.4h、 3.6h、 3.9h、 4.2h、 4.5h、 4.8h, 优选 3h。 0026 示例性的 CeaTibOx载体制备方法包括如下步骤 : 以硝酸铈作为 Ce 源, 以硫酸钛作 为 Ti 源, 尿素作为沉淀剂, 将硫酸钛和硝酸铈制成混合溶液, 然后向其中加入过量尿素沉 淀剂, 在 90水浴条件下连续搅拌 12h, 。
20、使得 Ce 和 Ti 离子共沉淀完全, 对沉淀物进行抽滤 和洗涤, 之后将滤饼放于 100烘箱干燥 12h, 最后在马弗炉中、 空气气氛下于 400 600 焙烧 3h, 得到 CeaTibOx载体。 0027 优选地, 步骤 (2) 搅拌在室温下进行, 搅拌时间为0.53h, 例如0.7h、 0.9h、 1.1h、 1.3h、 1.5h、 1.7h、 1.9h、 2.1h、 2.3h、 2.5h、 2.7h 或 2.9h。 0028 优选地, 步骤 (2) 所述蒸干采用旋转蒸发仪实现, 蒸干的温度为 40 80, 例如 说 明 书 CN 103816889 A 5 3/6 页 6 42、 4。
21、4、 47、 50、 53、 56、 59、 62、 65、 68、 71、 74、 77或 79。 0029 优选地, 步骤 (2)所述干燥的温度为 90 110, 例如 91、 92、 93、 94、 95、 96、 97、 98、 99、 101、 102、 103、 104、 106、 107、 108或 109, 优 选 95 105, 进一步优选 100。 0030 优选地, 步骤 (2) 所述干燥的时间为815h, 例如8.5h、 9h、 9.5h、 10h、 10.5h、 11h、 11.5h、 12h、 12.5h、 13h、 13.5h、 14h 或 14.5h, 优选 9。
22、 13h, 进一步优选 12h。 0031 优选地, 步骤 (2) 所述焙烧在空气气氛中进行, 所述焙烧温度为 400 600, 例如 430、 460、 510、 540、 570、 580或 590, 优选 500 600, 进一步优选 500。 0032 优选地, 步骤 (2) 所述焙烧时间为25h, 例如2.4h、 2.7h、 3.1h、 3.4h、 3.6h、 3.9h、 4.2h、 4.5h 或 4.8h, 优选 3h。 0033 示例性的一种铈钛负载钒催化剂的制备方法, 包括如下步骤 : 0034 (a) 以硝酸铈作为Ce源, 以硫酸钛作为Ti源, 尿素作为沉淀剂, 将硫酸钛和硝。
23、酸铈 制成混合溶液, 然后向其中加入过量尿素沉淀剂, 在 90水浴条件下连续搅拌 12h, 使得 Ce 和 Ti 离子共沉淀完全, 对沉淀物进行抽滤和洗涤, 之后将滤饼放于 100烘箱干燥 12h, 最 后在马弗炉中、 空气气氛下于 400 600焙烧 3h, 得到 CeaTibOx载体 ; 0035 (a) 在草酸存在条件下, 配制偏钒酸铵溶液, 然后将 CeaTibOx载体浸渍于溶液中, 室温搅拌 1h, 60经旋转蒸发仪蒸干, 100烘箱干燥 12h, 最后在空气气氛下在 500焙烧 3h, 得到铈钛负载钒催化剂。 0036 本发明的目的之三在于提供一种如上所述的铈钛负载钒催化剂的用途,。
24、 所述催化 剂用于 NH3-SCR 过程催化净化 NOx。 0037 与已有技术相比, 本发明具有如下有益效果 : 0038 本发明所述催化剂在 200 400的温度范围内具有接近 100% 以上的 NOx净化效 率, 具有很好的 NH3-SCR 活性, 操作温度窗口大幅拓宽, 并且具有优异的抗 SO2中毒性能。此 外, 所述催化剂采用以尿素为沉淀剂的均匀沉淀法制备后浸渍, 简单易行, 活性组分高度分 散。 具体实施方式 0039 下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。 0040 实施例 1 0041 一种铈钛负载钒催化剂, 所述催化剂由 Ce1Ti1Ox载体以及负载在该载体上的 。
25、V2O5 活性组分组成, 以 Ce1Ti1Ox载体的质量为 100wt% 计, 所述 V2O5活性组分的活性组分为 2.8wt%。 0042 如上所述的催化剂的制备方法包括如下步骤 : 0043 (a) 以硝酸铈作为Ce源, 以硫酸钛作为Ti源, 尿素作为沉淀剂, 将硫酸钛和硝酸铈 制成混合溶液, 然后向其中加入过量尿素沉淀剂, 在 90水浴条件下连续搅拌 12h, 使得 Ce 和 Ti 离子共沉淀完全, 对沉淀物进行抽滤和洗涤, 之后将滤饼放于 100烘箱干燥 12h, 最 后在马弗炉中、 空气气氛下于 400焙烧 3h, 得到 Ce1Ti1Ox载体 ; 0044 (a) 在草酸存在条件下,。
26、 配制偏钒酸铵溶液, 然后将 Ce1Ti1Ox载体浸渍于溶液中, 室温搅拌 1h, 60经旋转蒸发仪蒸干, 100烘箱干燥 12h, 最后在空气气氛下在 500焙烧 说 明 书 CN 103816889 A 6 4/6 页 7 3h, 得到铈钛负载钒催化剂。 0045 实施例 2 0046 除步骤 (1) 焙烧温度为 500外, 其余与实施例 1 相同。 0047 实施例 3 0048 除步骤 (1) 焙烧温度为 600外, 其余与实施例 1 相同。 0049 实施例 4 0050 一种铈钛负载钒催化剂, 所述催化剂由 Ce0.5Ti1Ox载体以及负载在该载体上的 V2O5 活性组分组成, 以。
27、 Ce0.5Ti1Ox载体的质量为 100wt% 计, 所述 V2O5活性组分的活性组分为 1wt%。 0051 如上所述的催化剂的制备方法包括如下步骤 : 0052 (a) 以硫酸铈为 Ce 源, 以钛酸四丁酯作为 Ti 源, 尿素作为沉淀剂, 将硫酸钛和硝 酸铈制成混合溶液, 然后向其中加入过量尿素沉淀剂, 尿素 /(Ce 源 +Ti 源) 摩尔比为 8:1, 在 80水浴条件下连续搅拌 15h, 使得 Ce 和 Ti 离子共沉淀完全, 对沉淀物进行抽滤和洗 涤, 之后将滤饼放于90烘箱干燥15h, 最后在马弗炉中、 空气气氛下于400焙烧5h, 得到 Ce0.5Ti1Ox载体 ; 005。
28、3 (a) 在草酸存在条件下, 配制偏钒酸铵溶液, 然后将 Ce0.5Ti1Ox载体浸渍于溶液中, 室温搅拌 0.5h, 40经旋转蒸发仪蒸干, 90烘箱干燥 15h, 最后在空气气氛下在 400焙 烧 5h, 得到铈钛负载钒催化剂。 0054 实施例 5 0055 一种铈钛负载钒催化剂, 所述催化剂由 Ce2Ti1Ox载体以及负载在该载体上的 V2O5 活性组分组成, 以 Ce2Ti1Ox载体的质量为 100wt% 计, 所述 V2O5活性组分的活性组分为 10wt%。 0056 如上所述的催化剂的制备方法包括如下步骤 : 0057 (a) 以硝酸铈作为Ce源, 以四氯化钛作为Ti源, 尿素。
29、作为沉淀剂, 将硫酸钛和硝酸 铈制成混合溶液, 然后向其中加入过量尿素沉淀剂, 尿素 /(Ce 源 +Ti 源) 摩尔比为 12:1, 在 100水浴条件下连续搅拌 8h, 使得 Ce 和 Ti 离子共沉淀完全, 对沉淀物进行抽滤和洗 涤, 之后将滤饼放于110烘箱干燥8h, 最后在马弗炉中、 空气气氛下于600焙烧2h, 得到 Ce2Ti1Ox载体 ; 0058 (a) 在草酸存在条件下, 配制偏钒酸铵溶液, 然后将Ce2Ti1Ox载体浸渍于溶液中, 室 温搅拌3h, 80经旋转蒸发仪蒸干, 110烘箱干燥8h, 最后在空气气氛下在600焙烧2h, 得到铈钛负载钒催化剂。 0059 实施例 。
30、6 0060 一种铈钛负载钒催化剂, 所述催化剂由 Ce0.8Ti1Ox载体以及负载在该载体上的 V2O5 活性组分组成, 以 Ce0.8Ti1Ox载体的质量为 100wt% 计, 所述 V2O5活性组分的活性组分为 6wt%。 0061 如上所述的催化剂的制备方法包括如下步骤 : 0062 (a) 以硝酸铈作为 Ce 源, 以硫酸钛作为 Ti 源, 尿素作为沉淀剂, 将硫酸钛和硝酸 铈制成混合溶液, 然后向其中加入过量尿素沉淀剂, 尿素 /(Ce 源 +Ti 源) 摩尔比为 10:1, 在 100水浴条件下连续搅拌 12h, 使得 Ce 和 Ti 离子共沉淀完全, 对沉淀物进行抽滤和洗 说 。
31、明 书 CN 103816889 A 7 5/6 页 8 涤, 之后将滤饼放于 100烘箱干燥 12h, 最后在马弗炉中、 空气气氛下于 400焙烧 3h, 得 到 Ce0.8Ti1Ox载体 ; 0063 (a) 在草酸存在条件下, 配制偏钒酸铵溶液, 然后将 Ce0.8Ti1Ox载体浸渍于溶液中, 室温搅拌 2h, 60经旋转蒸发仪蒸干, 100烘箱干燥 12h, 最后在空气气氛下在 500焙烧 3h, 得到铈钛负载钒催化剂。 0064 对比例 1 0065 制备载体为 CeO2, 活性组分为 V2O5的催化剂。 0066 对比例 2 0067 制备载体为 TiO2, 活性组分为 V2O5的。
32、催化剂。 0068 取实施例 1 4 和对比例 1 2 制备得到的催化剂, 催化剂体积 0.6mL, 40-60 目, 放入催化剂活性评价装置, 活性评价在固定床反应器中进行。模拟烟气组成为 (500ppm NH3, 500ppm NO, 5%O2) , N2为平衡气, 总流量为 500mL/min, 反应空速为 50000h-1。测试结果 如表 1 所示。 0069 表 1 0070 0071 0072 表 2 抗 SO2中毒性能测试 0073 说 明 书 CN 103816889 A 8 6/6 页 9 0074 申请人声明, 本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法, 但本发明并不局 限于上述详细方法, 即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的 技术人员应该明了, 对本发明的任何改进, 对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的 添加、 具体方式的选择等, 均落在本发明的保护范围和公开范围之内。 说 明 书 CN 103816889 A 9 。