[發明專利]一種用于凈化高硫燃煤煙氣中揮發性有機物的鈦基復合催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201910921283.6
• 申請日: 2019-09-27
• 公開（公告）號: CN110665511B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 胡蕓;李劍晗;肖高飛;葉代啟;付名利;張益蘭;杜玥瑩;劉雨奇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J23/847
• 分類號: B01J23/847;B01D53/86;B01D53/44;B01D53/72
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種用于凈化高硫燃煤煙氣中揮發性有機物的鈦基復合催化劑及其制備方法與應用。該方法為：將釩和過渡金屬基前驅體溶解于水中，利用旋轉蒸發法負載于溶劑熱法制備的銳鈦礦TiO₂納米顆粒上得到用于凈化高硫燃煤煙氣中揮發性有機物的鈦基復合催化劑。本發明制備的催化材料由于釩和過渡金屬的負載，使其在催化氧化揮發性有機物中呈現高活性，特別是在高二氧化硫煙氣氛圍中表現出優異的揮發性有機物降解效率以及良好的穩定性。所制備的催化劑可廣泛應用于凈化燃煤過程產生的煙氣及處理含高硫有機廢氣等大氣污染控制等領域。

技術領域

本發明屬于環境功能納米材料技術領域，具體涉及一種用于凈化高硫燃煤煙氣中揮發性有機物的鈦基復合催化劑的制備方法及其在大氣環境污染治理中的應用。

背景技術

電廠、煉焦廠等燃煤過程會排放種類復雜且總量大的污染物，包括粉塵、NOx和SO₂等常規污染物，同時，該過程還會產生揮發性有機物（VOCs），其危害性同樣不容忽視。燃煤煙氣中的揮發性有機物具有組分復雜、濃度低、毒性高等特點，會導致臭氧和PM2.5的產生，對人體健康和環境構成重大威脅。目前，國內外對大氣中有機污染物的研究主要集中在工業源排放的和室內產生的揮發性有機物等方面，而燃煤煙氣中的SO₂、NO、NH₃含量很高，處理氣氛復雜，無法直接應用現有商用工業源揮發性有機物催化氧化技術及材料。因此開發合理的雙功能催化劑可以實現在復雜燃煤煙氣條件下揮發性有機物的去除，其具有十分重要科學意義和實際應用價值。

TiO₂負載過渡金屬或貴金屬催化劑具有良好的還原性和合適的表面氧空位，被廣泛用于VOCs催化氧化。釩氧化物具有良好的SO₂耐受性和適量的表面酸性。

鑒于此，本發明針對燃煤煙氣中VOCs催化氧化存在的問題，開發了一種用于凈化高硫燃煤煙氣中揮發性有機物的鈦基復合催化劑，該鈦基復合催化劑具有良好的VOCs催化氧化活性的同時，具有顯著的SO₂耐受性和良好的穩定性。本發明為凈化燃煤過程產生的煙氣及處理含高硫有機廢氣等大氣污染控制領域提供了新的思路和方向。

發明內容

本發明的目的在于開發一種能夠適應燃煤煙氣中復雜揮發性有機物的鈦基復合催化劑，實現在高硫燃煤煙氣條件下催化劑的優異活性和顯著的SO₂耐受性，提供了一種用于凈化高硫燃煤煙氣中揮發性有機物的鈦基復合催化劑的簡易制備方法及其在大氣環境污染治理中的應用。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

一種用于凈化高硫燃煤煙氣中揮發性有機物的鈦基復合催化劑的制備方法，將釩和過渡金屬基前驅體溶解于水中，利用旋轉蒸發法負載于溶劑熱法制備的銳鈦礦TiO2納米顆粒上，得到用于凈化燃煤煙氣中揮發性有機物的鈦基復合催化劑。

上述方法包括以下步驟：

（1）銳鈦礦TiO2納米顆粒的制備：

將乙醇和氨水混合，得到溶液A，將鈦酸四丁酯和乙醇混合，得到溶液B，溶液A和溶液B同時在室溫下攪拌10~30 min，后將溶液B逐滴加入溶液A中，得到溶液C，室溫下攪拌后轉移至聚四氟乙烯反應釜內膽中，最后將聚四氟乙烯反應釜內膽放入高壓反應釜中，水熱反應，自然冷卻后，將沉淀物利用乙醇離心洗滌、真空干燥、研磨后，得到銳鈦礦TiO2納米顆粒；所述溶液A中乙醇體積為30~50 mL；所述溶液A中氨水體積為1~3 mL；所述溶液B中鈦酸四丁酯體積為3~8 mL；所述溶液B中乙醇體積為10~30 mL；

（2）銳鈦礦TiO2納米顆粒負載釩-過渡金屬的制備：