[發明專利]一種耐高溫磷鎢酸吸附型鐵基氧化物催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201611047974.0
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106582874A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 楊士建;耿陽;黃楠;單文坡;孔令楠;陳曉玲;肖鑫;李博;鄒思捷;熊尚超;黨皓;廖勇
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B01J31/28
• 分類號: B01J31/28;B01J27/188;B01D53/94;B01D53/86;B01D53/56
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 鄒偉紅

技術領域

本發明涉及催化劑制備領域，特別是一種用于催化還原氮氧化物的磷鎢酸吸附型鐵基氧化物催化劑、制備方法及其應用。

背景技術

NO_x(主要是NO和NO₂)會導致酸雨和灰霾，除此，NO_x還會與碳氫化合物在光照條件下產生光化學煙霧以及破壞臭氧層。同時其還具有生物呼吸毒性，一氧化氮(NO)與血紅蛋白親和力是氧氣的數十倍，其進入血液會阻礙氧氣的輸送，引發肺部病變，對人體的呼吸系統造成直接損害，甚至危害中樞神經系統。我國在“十二五”期間已將NO_x列為主要控制指標，因此發展控制氮氧化物排放的技術會是我國近一段時間的研究熱點。

NH₃-SCR是最早發展并應用于固定源脫氮的技術，也是最有望實際應用于柴油車尾氣NO_x凈化領域的技術。SCR技術是指在催化劑存在下，向煙氣中噴入NH₃和尿素等還原劑,使其選擇性地與NO_x反應生成無毒無害的N₂和H₂O，從而達到凈化煙氣的目的。催化劑是NH₃-SCR技術的核心，尤其是WO₃或MoO₃摻雜的釩基催化劑，被廣泛用于除去固定源產生的NO_x。這種類型的催化劑也是應用于柴油車尾氣脫氮的第一代NH₃-SCR催化劑。然而，釩基催化劑其在凈化領域的實際應用存在著多種問題，例如，催化劑中的活性物種釩脫落到環境中會具有生物毒性，同時還有操作窗口溫度窄、高溫時會生成大量N₂O有害氣體等的問題。面對越來越嚴苛的尾氣排放標準，傳統的催化劑已經不能滿足環境保護的要求。因此，研發新型的環境友好型的高效穩定催化劑是近年來研究的熱點。目前研究較多的催化劑包括Fe基、Ce基、Mn基和Cu基等金屬氧化物催化劑以及Fe基和Cu基分子篩催化劑。

磁赤鐵礦(γ-Fe₂O₃)在200-300℃具有優異的NH₃-SCR反應活性和N₂選擇性。Yang等人發現在高于350℃溫度區間，磁赤鐵礦容易將NH₃直接氧化成NO或NO₂，因此其在高溫段的NH₃-SCR反應活性較差。磷鎢酸具有Keggin多酸的結構特點，具有較強酸性和氧化還原性雙功能催化能力，目前在各領域的理論研究和應用前景方面受到了廣泛關注。較強的酸性有利于NH₃-SCR反應中NH₃的吸附，對促進催化劑的活性具有一定意義。

發明內容

針對現有NH₃-SCR催化劑存在的不足，以及鐵氧化物高溫易燒氨等問題，本發明提供了一種將磷鎢酸均勻吸附在鐵基氧化物上制備具有優異的抗相變能力、催化活性、耐高溫熱穩定性和N₂生成選擇性高的催化劑及其制備方法。可用作以柴油車尾氣為代表的移動源和以燃煤電廠煙氣為代表的固定源的NO_x催化凈化。

因此，本發明的目的之一在于提供一種用于催化凈化氮氧化物的磷鎢酸吸附型鐵基氧化物催化劑。本發明的目的之二在于提供一種磷鎢酸吸附型鐵基氧化物催化劑的制備方法。本發明的目的之三在于提供一種磷鎢酸吸附型鐵基氧化物催化劑的應用。

為了達到上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種耐高溫的磷鎢酸吸附型鐵基氧化物催化劑，其特征在于,所述催化劑為HPW/Fe₂O₃，所述催化劑是將HPW均勻吸附到四氧化三鐵Fe₃O₄表面煅燒形成的。

一種磷鎢酸吸附型鐵基氧化物催化劑的制備方法。包括如下步驟：

(1)配制三價鐵源和二價鐵源的混合溶液，在常溫條件下攪拌均勻；加入緩釋沉淀劑，連續攪拌1～4h；對溶液中的沉淀物進行離心和洗滌，得到鐵基氧化物；

(2)配制磷鎢酸溶液，在常溫條件下溶解攪拌；

(3)向磷鎢酸溶液中加入鐵基氧化物；在常溫下保持繼續攪拌沉淀6～24h；

(4)對溶液中的沉淀物進行分離和洗滌；將所得固形物進行烘干和煅燒，得到HPW/Fe₂O₃催化劑。