[發(fā)明專利]用于氨選擇性催化還原氮氧化物的過渡金屬摻雜的鈰鈦復(fù)合氧化物催化劑

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110186458.7
• 申請日: 2011-07-05
• 公開（公告）號: CN102302930A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賀泓;單文坡;劉福東;張長斌;石曉燕;王少莘
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心
• 主分類號: B01J23/30
• 分類號: B01J23/30;B01J23/83;B01D53/90;B01D53/56
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明應(yīng)用于環(huán)境催化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于固定源煙氣與柴油車尾氣中氮氧化物催化凈化的過渡金屬(鎢、鉬、鐵)摻雜的鈰鈦復(fù)合氧化物催化劑。

背景技術(shù)

目前，工業(yè)化應(yīng)用的NH₃選擇性催化還原NO_x(NH₃-SCR)催化劑主要是WO₃或MoO₃摻雜的V₂O₅/TiO₂體系。該催化劑體系已廣泛應(yīng)用于固定源煙氣脫硝，而且也被用于柴油車尾氣NO_x的催化消除。但是，該催化劑體系尚存在一些問題，比如：含有毒物質(zhì)V，在使用過程中若發(fā)生脫落，進入到環(huán)境中具有很大的生物毒性；操作溫度窗口較窄，高溫時大量生成溫室氣體N₂O；易催化煙氣中的SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃。

2001年，Smirniotis等(P?G，Smirniotis，D?A，Pena.B?S?Uphade，Low-temperature?selective?catalytic?reduction(SCR)of?NO?with?NH₃?by?using?Mn，Cr，and?Cu?oxides?supported?on?Hombikat?TiO₂.Angewandte?Chemie?International?Edition，40(2001)2479-2482.)在《Angew.Chem.Int.Ed.》上報道了具有優(yōu)異低溫NH₃-SCR活性的Mn/TiO₂催化劑，引起了相關(guān)學(xué)者對Mn基氧化物催化劑的關(guān)注，相關(guān)研究報道迅速增多。Mn基氧化物催化劑的主要應(yīng)用目標(biāo)是脫硫和除塵單元之后的固定源煙氣脫硝，也有少數(shù)研究者嘗試將其用于柴油車尾氣NO_x催化凈化。這類催化劑雖然低溫活性優(yōu)異，但抗水、抗硫能力較差，中高溫活性較低，且副產(chǎn)物N₂O較多，使其尚無法得到實際應(yīng)用。近年來，過渡金屬交換的分子篩催化劑(特別是Fe分子篩和Cu分子篩催化劑)由于具有很好的中高溫SCR活性和耐高空速能力而在柴油車尾氣凈化領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。但是，較低的低溫活性、較差的水熱穩(wěn)定性以及碳?xì)浠衔镏卸拘?yīng)限制了其在柴油車尾氣NO_x凈化中的大規(guī)模應(yīng)用。因此，開發(fā)新型具有高NH₃-SCR活性、寬操作溫度窗口、適應(yīng)高空速環(huán)境、高穩(wěn)定性、寬溫度窗口、適應(yīng)高空速環(huán)境、無毒無害的非釩基催化劑體系用于固定源煙氣脫硝和柴油車尾氣中NO_x的消除，仍然是目前環(huán)境催化領(lǐng)域的研究熱點。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有NH₃-SCR催化劑體系活性低溫活性差、高溫N₂選擇性低、溫度窗口窄、對反應(yīng)空速敏感等缺點，本發(fā)明首次提供了一種新型的過渡金屬(鐵、鎢、鉬)摻雜的鈰鈦復(fù)合氧化物催化劑及其制備方法，可用作固定源煙氣脫硝和柴油機尾氣NO_x凈化的NH₃-SCR催化劑。

本發(fā)明中催化劑的制備方法為共沉淀法，即將所需金屬氧化物所對應(yīng)的鹽配成混合溶液，其中鈰鹽是氯化亞鈰或硝酸鈰或硝酸鈰銨或硫酸鈰中的至少一種，鈦鹽是四氯化鈦或硫酸鈦或鈦酸四丁酯中的至少一種，摻雜的過渡金屬鎢、鉬、鐵所對應(yīng)的鹽分別為鎢酸銨、鉬酸銨和硝酸鐵。以金屬元素的摩爾比計，鈰和鈦的比例為0.1～1.0，摻雜的過渡金屬(鎢、鉬、鐵中的至少一種)和鈦的比例為0.1～0.5，以氨水或氫氧化鈉或碳酸鈉或碳酸氫銨或尿素中的一種為沉淀劑，在50～150℃溫度條件下連續(xù)攪拌3～15h，然后進行抽濾和洗滌，將濾餅放入烘箱中于80～120℃烘干過夜，最后經(jīng)馬弗爐于400～600℃空氣中焙燒3～8h即制得催化劑成品。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

(1)采用無毒組分，不會對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成危害；

(2)操作溫度窗口寬(尤其具有較好的低溫活性)，適用于機動車尾氣溫度變化幅度大的應(yīng)用環(huán)境；在固定源煙氣脫硝方面，有望成為釩基催化劑的替代產(chǎn)品；

(3)對反應(yīng)空速不敏感，尤其適用于機動車尾氣凈化高空速的特性，將其應(yīng)用于固定源煙氣脫硝時可以大幅降低催化劑的使用量，降低成本、節(jié)約空間；

(4)具有非常優(yōu)異的N₂生成選擇性。

具體實施方式