[發明專利]一種應用于柴油機尾氣氮氧化物凈化的高效SCR催化劑

有效

• 申請號: 201410562458.6
• 申請日: 2014-10-21
• 公開（公告）號: CN104338545A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 孫亮;張杰;王剛;楊金;周鈞;曾德智;邱祎源;陳正國;辛海峰;吳嘉昉;饒婷;盛麗萍;陳同同;劉洋;賈莉偉;王家明
• 申請（專利權）人: 無錫威孚環保催化劑有限公司
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01J35/04;B01D53/94;B01D53/56
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本發明涉及一種應用于柴油機尾氣氮氧化物凈化的高效SCR催化劑，屬于催化法凈化機動車尾氣排放技術領域。

背景技術

氮氧化物(NO_x)是大氣中最主要的污染物之一，其具有較強的生物毒性，能強烈刺激人體的呼吸系統，造成損害。NO_x還是酸雨和光化學煙霧等產生的主要原因。隨著中國汽車工業的發展，中國的NO_x排放不斷加劇。研究表明，2010年，我國汽車NO_x的排放量約為600萬噸，其中重型柴油車尾氣排放占據了約74％。因此，柴油機NO_x的排放控制刻不容緩。

選擇性催化還原(SCR,即selective?catalytic?reduction)技術已經被證實是最有效的柴油車NO_x去除技術之一。SCR技術基本原理在催化劑的作用下，利用NH₃等還原劑，選擇性地將柴油機排氣中的NO_x還原成無害無毒的N₂和H₂O，實現NO_x的有效去除。該技術的關鍵在于高性能催化劑的使用。

在眾多SCR催化劑中，釩基催化劑以其良好的活性、優異的耐硫性、成熟的技術和低廉的價格而被廣泛采用。目前應用程度最廣泛的釩基催化劑為釩鎢鈦催化體系，其一般以堇青石蜂窩陶瓷作為載體骨架，二氧化鈦和三氧化鎢復合組成載體涂層，五氧化二釩為活性組分。該催型化劑具有良好的中高溫活性，在300～400℃溫度范圍內對NO_x的轉化效率可達90％以上，但低溫活性較差；且由于組分簡單，其熱穩定性也較差。需要對該類催化體系進行性能優化來滿足不斷提高的柴油機尾氣排放要求。

中國專利申請201010274007.4公開了一種用于脫除柴油車尾氣中氮氧化物的選擇性催化劑及其制備方法，該發明以堇青石蜂窩陶瓷為載體，由釩、鋯、鎢和鈦的氧化物組成催化活性中心。該發明可在約250～520℃溫度范圍內實現80％以上的NO_x轉化率，且具有較強的抗水和二氧化硫能力。但存在在高溫下二氧化鈦發生轉晶，導致比表面積下降從而使活性受到較大損失的可能，且低溫(<250℃)效果仍有待提升。

中國專利申請201410029811.4公開了一種用于脫除柴油車尾氣中氮氧化物的釩-鉺-鐵復合氧化物催化劑。該發明將稀土元素鉺引入催化劑活性組分，穩固了涂層結構，抑制了二氧化鈦的轉晶，提高了催化劑的熱穩定性。該發明催化劑經過750℃水熱老化10h后，對NO_x轉化率超過80％的溫度區間范圍依然有約250℃。但由于鉺元素的稀有性，該催化劑較難大規模推廣應用。

發明內容

本發明的目的在于針對現有釩基SCR催化劑高溫熱穩定性及低溫活性差的缺點，提供一種可普遍推廣應用于柴油機尾氣氮氧化物凈化的高效SCR催化劑及其制備方法，該型釩基SCR催化劑具有較高的熱穩定性和低溫活性。

按照本發明提供的技術方案，一種應用于柴油機尾氣氮氧化物凈化的高效SCR催化劑，按重量份計配方比例如下：活性組分1～5份；復合氧化物基底涂層85～90份；粘結劑5～14份；將活性組分、復合氧化物基底涂層和粘結劑混合形成漿液涂覆在載體堇青石蜂窩陶瓷或鐵鉻鋁金屬蜂窩表面，即得應用于柴油機尾氣氮氧化物凈化的高效SCR催化劑。

所述活性組分為五氧化二釩、二氧化錳和氧化銅中的一種或多種；所述復合氧化物基底涂層組分為二氧化鈦、三氧化鎢、二氧化硅和二氧化鋯中的兩種或多種組成的復合氧化物；所述粘結劑為二氧化硅或三氧化二鋁。

所述活性組分配方為五氧化二釩：二氧化錳：氧化銅為70～100：0～15：0～15；所述復合氧化物基底涂層配方為二氧化鈦：三氧化鎢：二氧化硅：二氧化鋯為70～95：5～10：0～10：0～10。

所述應用于柴油機尾氣氮氧化物凈化的高效SCR催化劑的制備方法，按重量份計步驟為：

(1)復合氧化物基底涂層的原料分散：取復合氧化物基底涂層原料，按照復合氧化物基底涂層原料：水質量比為1：1～4混合，加入相對混合液質量1～10％的分散劑，然后將上述混合液置于超聲環境下超聲分散1～4h，超聲頻率為20～150kHz；

(2)復合氧化物基底涂層的制備：將步驟(1)所得混合液在40～80℃下旋轉蒸發1～6h，將水分蒸干得到固體粉末；將所得固體粉末在60～200℃烘干1～12h，然后在300～800℃下焙燒1～6h，得到復合氧化物基底涂層；