[發(fā)明專利]一種高熱穩(wěn)定性高活性的釩鈦化合物材料及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210375835.6
• 申請(qǐng)日: 2012-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN102872854A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊祝紅;李力成;陸小華;姚文俊;紀(jì)拓;李崢;劉暢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué);常熟鈺泰隆摩擦材料科技有限公司
• 主分類號(hào): B01J23/22
• 分類號(hào): B01J23/22;B01J35/10
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高穩(wěn)定性高活性的釩鈦化合物材料及其制備方法。

背景技術(shù)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1967～2000年間，關(guān)于過渡金屬催化應(yīng)用公開發(fā)表的論文，其中28%與釩有關(guān)，15%與鈦有關(guān)，大量的報(bào)道表明釩和鈦在眾多催化反應(yīng)體系中一直受到人們的廣泛關(guān)注^[1]。特別是釩鈦化合物，較其他材料在氮氧化物的選擇性催化還原、揮發(fā)性有機(jī)物氧化、硫化氫氧化、烴類的選擇性氧化等與環(huán)保、能源領(lǐng)域有關(guān)的催化體系中具有良好的應(yīng)用前景。

釩鈦化合物的催化性能與其組成之一的氧化鈦的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)^[2]。自然界中的氧化鈦分三種常規(guī)晶型：銳鈦礦、板鈦礦和金紅石，其中金紅石為氧化鈦的穩(wěn)相，銳鈦礦和板鈦礦為介穩(wěn)相。在高溫?zé)崽幚磉^程中，銳鈦礦和板鈦礦最終轉(zhuǎn)變成金紅石。不同晶型的氧化鈦與氧化釩復(fù)合后的催化性能差別較大。一般情況下，以介穩(wěn)相銳鈦礦型氧化鈦的釩鈦化合物性能最佳。但是，在材料的制備或者應(yīng)用過程中，材料往往需要面臨高溫環(huán)境，這容易導(dǎo)致釩鈦化合物中的氧化鈦出現(xiàn)轉(zhuǎn)晶現(xiàn)象，生成金紅石型氧化鈦。而氧化釩易與金紅石型氧化鈦形成固溶體，顯著降低釩鈦化合物的催化性能^[3]。另外，氧化釩本身也會(huì)促進(jìn)氧化鈦發(fā)生轉(zhuǎn)晶，以致釩鈦化合物中金紅石型氧化鈦的生成溫度低于常規(guī)的氧化鈦，進(jìn)一步加劇釩鈦化合物催化性能的下降^[4]。

目前，大量的工作集中在如何解決釩鈦化合物的穩(wěn)定性差以保持其高性能的問題上。普遍的做法是引入結(jié)構(gòu)助劑（鎢、鉬、鋁、硅、鉀等）來提高金紅石型氧化鈦的生成溫度^[5]。結(jié)構(gòu)助劑的添加雖然在一定程度上可以緩解銳鈦礦型氧化鈦轉(zhuǎn)成金紅石型氧化鈦，但是也存在一系列的問題。例如，一些結(jié)構(gòu)助劑對(duì)于氧化釩的分散狀態(tài)影響較大，這容易造成釩鈦化合物的催化性能大幅度下降；另外，例如在用于脫硝反應(yīng)中的釩鈦化合物，氧化鎢或者氧化鉬作為結(jié)構(gòu)助劑，其使用量達(dá)到往往是化合物中氧化釩用量的8～10倍，這導(dǎo)致釩鈦化合物的成本顯著提升^[6]。因此，如何能夠提高釩鈦化合物穩(wěn)定性的同時(shí)又保持其良好的性能，仍然是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述問題提供一種釩鈦化合物材料，該材料兼具良好的熱穩(wěn)定性和催化活性，作為催化劑氮氧化物脫除率高達(dá)98%，揮發(fā)性有機(jī)物轉(zhuǎn)化率97%以上，且制備過程中無需添加任何結(jié)構(gòu)助劑。

本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供該釩鈦化合物材料的制備方法，該方法具有過程簡(jiǎn)單，成本較低，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明目的可以通過以下措施達(dá)到：

一種高熱穩(wěn)定性高活性的釩鈦化合物材料，該材料主要是由氧化釩和氧化鈦復(fù)合而成，其中，氧化釩的含量為釩鈦化合物材料質(zhì)量的0.5～30%，釩鈦化合物材料中的氧化鈦晶型為銳鈦礦或者TiO₂(B)中的一種或者兩種混合。優(yōu)選釩鈦化合物材料中氧化釩的含量為釩鈦化合物材料質(zhì)量的1～10%，最優(yōu)選釩鈦化合物材料中氧化釩的含量為釩鈦化合物材料質(zhì)量的1～5%。

上述釩鈦化合物材料的比表面積為1～200m²/g，孔容為0.005～0.8cm³/g，優(yōu)選釩鈦化合物材料的比表面積為1～120m²/g，孔容為0.01～0.4cm³/g。

上述高熱穩(wěn)定性高活性的釩鈦化合物材料的制備方法，該方法包括以下步驟：將含有TiO₂(B)晶型的氧化鈦加入到含有釩的前驅(qū)體溶液中，攪拌均勻，靜置6～8小時(shí)，烘干，再在300～700℃條件下焙燒后獲得。本發(fā)明所述的含有TiO₂(B)晶型的氧化鈦為一部份晶型為TiO₂(B)的氧化鈦或全部晶型為TiO₂(B)的氧化鈦。優(yōu)選TiO₂(B)晶型的氧化鈦占全部氧化鈦質(zhì)量百分含量1～100%，進(jìn)一步優(yōu)選TiO₂(B)晶型的氧化鈦占全部氧化鈦質(zhì)量百分含量的5～100%，最優(yōu)選TiO₂(B)晶型的氧化鈦占全部氧化鈦質(zhì)量百分含量5%。