[發明專利]以TiO2包覆碳納米管復合材料為載體的催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 200910100979.9
• 申請日: 2009-08-06
• 公開（公告）號: CN101623631A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發明（設計）人: 聶安民;楊杭生;張孝彬;樊孝玉;邱發敏;侯天峰;田唯
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01J23/22;B01J23/28;B01J23/30;B01J37/34;B01D53/56;B01D53/72;B01D53/86
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明屬于催化劑領域，特別涉及以TiO₂包覆碳納米管復合材料為載體的 催化劑及其制備方法和用途。

背景技術

一些工廠如垃圾焚燒廠、金屬冶煉廠、燃煤發電廠等，在高溫焚燒過程中， 會產生兩種主要的有毒物質氮氧化物(NO_X)和二惡英(Dioxins，也稱PCDD/DFs)。 前者會造成多種環境問題包括光化學煙霧，酸雨等；后者是持久性的有機污染 物，包括多氯二苯并二惡英類(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs)，這些 物質通過食物鏈在人體內富集，對人體產生巨大傷害。世界各國紛紛通過法規 和采取相應的措施加以嚴格控制。

為了減少廢氣中二惡英的排放，早期主要采用的是活性炭吸附法來處理。 但這種方法只是將氣態的二惡英吸附轉換為固態，并無法分解二惡英，待廢棄 的活性炭埋入地下后，仍然有被植物吸收經食物鏈進入人體的潛在威脅。新的 有效處理方法是采用合適的催化劑體系在合適的溫度(250℃以上)下將其催化 分解成CO₂和H₂O等無害化的成分。

經過大量的科學工作著研究發現：采用選擇性催化反應技術，以銳鈦礦型 TiO₂等為負載，以VO_X等為活性的催化劑對氮氧化物和二惡英兩種有毒氣體都有 很好的催化效果。例如，采用WO_X-VO_X-TiO₂和MoO_X-VO_X-TiO₂等體系，都能 有效實現NO_X和PCDD/DFs的減排。

二氧化鈦(TiO₂)作為一種寬禁帶半導體，具有優良的濕敏、光催化等功能，可 以用于傳感器、光分解水和光降解有機物以及太陽能電池等。另外，TiO₂更是 許多催化劑活性組分(如V₂O₅、WO₃、MnO₂等)的優良載體。例如，目前用 于高溫過程中產生的煙氣的脫硝和去除二惡英類持久性有機污染物的選擇性催 化反應系統(SCR)，催化劑大多采用V₂O₅/TiO₂或以V₂O₅/TiO₂為基底復合氧化 物。可是，在SCR系統中，煙氣與催化劑的傳質過程一直是制約催化效果的一 大瓶頸。

碳納米管(CNTs)具有優異的機械、熱學和電學性能而一直成為國內外研究 的熱點。近些年，更發現碳納米管具有選擇性吸附有機物的特性，例如碳納米 管的吸附持久性有機污染物二惡英類的能力比目前工業用的活性炭吸附性強 10³⁴倍以上。由于具有高比表面積，多空隙，細管徑等等獨特的形貌、結構，碳 納米管(CNTs)，尤其是多壁碳納米管(MWCNTs)成為許多催化劑的優良載體 和制備其他一維納米材料的模板。VO_X、WO_X、MoO_X、或MnO_X等活性組分、 TiO₂、碳納米管成功復合，可以產生協同效應，從而可以具備更加優良的性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種在煙氣脫硝和去除二惡英類持久性有機污染物具 有突出效果的以TiO₂包覆碳納米管復合材料為載體的催化劑及其制備方法。

本發明的以TiO₂包覆碳納米管復合材料為載體的催化劑，是在碳納米管外 表面包覆有摻雜活性組分的TiO₂納米顆粒，所說的活性組分是V₂O₅、MoO₃、 MnO₂和WoO₃中的一種或幾種，活性組分在催化劑中的質量含量為1％～20％。

上述的TiO₂的晶型優選銳鈦礦型，TiO₂的粒徑為3～50nm。

以TiO₂包覆碳納米管復合材料為載體的催化劑的制備方法，采用的是溶劑 熱法，包括以下步驟：

1)將碳納米管超聲振蕩分散于無水乙醇中，得A液；