[發明專利]高度分散的金屬負載的氧化物作為NH3-SCR催化劑和合成過程

在審

• 申請號: 201980097123.2
• 申請日: 2019-06-04
• 公開（公告）號: CN114340790A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: P·H·阮;N·梅爾;M-O·查爾林;K·C·司徒;M·陶菲克
• 申請（專利權）人: 豐田自動車歐洲公司;國家科研中心;克勞德伯納德里昂第一大學;里昂高等化學物理電子學院
• 主分類號: B01J37/02
• 分類號: B01J37/02;B01J37/08;B01J35/00;B01J21/06;B01J23/10;B01J23/20;B01J23/22;B01J23/28;B01J23/30;B01J23/72;B01D53/86;B01D53/94;B01J31/22
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 李躍龍

本發明提供了本發明涉及一種催化劑材料的制備方法，包括以下步驟：(a)提供具有表面羥基(OH)基團的載體材料，其中所述載體材料為二氧化鈰(CeO₂)、二氧化鋯(ZrO₂)或其組合其中的兩種或更多種，并且其中載體材料包含至少0.3mmol且至多2.0mmol OH基團/g載體材料；(b)使步驟(a)的具有表面羥基(OH)基團的載體材料與下列物類中的至少一種反應：(bl)含有至少一個通過其氧原子與第5族(V、Nb、Ta)或第6族(Cr、Mo、W)的金屬元素鍵合的烷氧基或苯氧基基團的化合物；(b2)含有至少一個通過碳原子與來自第5族(V、Nb、Ta)或第6族(Cr、Mo、W)的金屬元素鍵合的烴基基團的化合物；(b3)含有至少一個通過碳原子與金屬元素銅(Cu)鍵合的烴基基團的化合物；(c)煅燒該步驟(b)中獲得的產物以提供催化劑材料，其中來自第5族或第6族的金屬元素或Cu以氧化物形式存在于載體材料上。本發明進一步涉及可通過上述方法獲得的催化劑材料，以及該催化劑材料作為用于氮氧化物(NOx)還原的氨選擇性催化還原(NH₃?SCR)催化劑的用途。

技術領域

本發明涉及用于氮氧化物(NOx)還原的氨選擇性催化還原(NH₃-SCR)催化劑的合成。

背景技術

在來自化石燃料動力車輛或固定來源如發電廠的廢氣中所含的有毒NOx氣體(NO、NO₂、N₂O)需要在釋放到環境中之前轉化為N₂。這通常通過使用不同類型的NOx還原催化劑例如三元催化劑(TWC)、NOx存儲還原(NSR)或使用氨作為外部還原劑(NH₃-SCR)的選擇性催化還原(SCR)來完成。

已知金屬氧化物如V₂O₅是良好的NH₃-SCR催化劑。有人提出催化活性是通過表面物類的酸性和還原性的互補特征來實現的。簡而言之，NH₃吸附在酸位點(V⁵⁺-OH)上，然后通過氧化還原循環(V⁵⁺＝O/V⁴⁺-OH)通過相鄰的V＝O表面基團N-H活化。所得表面絡合物分別通過Langmuir-Hinshelwood和Eley-Rideal機制與氣態或弱吸附NO反應以形成NH₂NO中間體物類，其分解為N₂和H₂O。還提出了一種替代性機制(酰胺-亞硝酰胺(nitrosamide))，涉及NH₃在路易斯酸位點上方的吸附。此外，在現實條件下，特別是當過氧化催化轉化器放置在SCR催化轉化器的上游時，這導致二氧化氮的形成，其有利于稱為快速SCR的SCR反應。事實上，NO₂允許被還原物類的快速再氧化。然而，優化的NO₂/NO比率為1，并且通過較慢的反應也減少了過量NO₂的存在，導致較低的總SCR反應速率。金屬氧化物催化劑如V₂O₅主要通過如浸漬的合成途徑開發，通常會產生分散在載體上的金屬納米顆粒。這種催化劑的問題是低性能，例如低NOx轉化率和/或低N₂選擇性。

現有技術的催化劑經常使用Cu、Fe，當納入沸石材料中時，它們被公認為是NH₃-SCR的良好活性位點。關于載體材料，現有技術經常使用具有高比表面積的SiO₂，并且可以預期通過增加活性位點的數量來改善SCR性能。

US9,283,548B2公開了以下類型的催化劑：MA/CeO₂(M＝Fe，Cu；A＝K，Na)，合成路線是浸漬，使用螯合劑例如EDTA、DTPA。

J.Phys.Chem.B 2006,110,9593-9600[Tian 2006]公開了以下類型的催化劑：VOx/AO₂(A＝Ce,Si,Z)，合成路線是浸漬。應用包括丙烷氧化脫氫(ODH)。實現了氧代異丙醇釩的分散和物理吸附，而不是化學吸附。