[发明专利]脱NOx催化剂的制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及制备金属氧化物催化剂的方法。该催化剂可用于纯化来自燃烧工艺的尾气和废气。

发明背景

在氧气存在下化石燃料或煤的高温燃烧导致产生不想要的氮氧化物(NO_x)。大量研究和商业努力寻求防止产生这些公知的污染物，或者在它们释放到空气中之前除去这些物质。另外，联邦法律发布了愈加苛刻的要求以降低释放到大气中的氮氧化物量。

从燃烧的排放气体中除去NO_x的方法是本领域众所周知的。选择性催化还原方法尤其有效。在这一方法中，在催化剂存在下，氮氧化物被氨气(或另一还原剂，例如存在于废气流出物内的未燃烧的烃)还原并形成氮气。有效地选择性催化还原脱NO_x的催化剂包括各种混合的金属氧化物催化剂，其中包括承载在锐钛矿形式的二氧化钛上的氧化钒(参见例如美国专利No.4048112)和氧化钛以及钼、钨、铁、钒、镍、钴、铜、铬或铀的至少一种氧化物(参见例如美国专利No.4085193)。

用于选择性催化还原NO_x的尤其有效的催化剂是含二氧化钛、五氧化二钒和三氧化钨和/或三氧化钼的金属氧化物催化剂(美国专利No.3279884)。制备这些催化剂的目前方法是多步法，其中将来自硫酸盐工艺的二氧化钛前体(水解物)首先在含水溶胶-凝胶工艺中沉淀，然后将钨的前体(通常为对钨酸铵)沉积在沉淀物料上，使该混合物脱水，干燥，和最后煅烧到所需的结晶度，获得在表面上具有氧化钨的二氧化钛物料(参见例如美国专利Nos.3279884和4085193)。通常，在随后的步骤中，氧化钒前体也分散在二氧化钛-氧化钨物料上，以赋予该催化剂高的活性，和这要求另一沉积和煅烧工序。

悬而未决的美国申请序列号No.10/968706教导了生产由二氧化钛、氧化钒和承载的金属氧化物组成的催化剂。在沉积氧化钒之前，将该承载的金属氧化物(W、Mo、Cr、Sc、Y、La、Zr、Hf、Nb、Ta、Fe、Ru和Mn中的一种或多种)首先沉积在二氧化钛上。在沉积氧化钒之前，氧化钛承载的金属氧化物的等电点小于或等于3.75的pH。

总之，为了开发改进的选择性催化还原方法，以在氮氧化物释放到大气内之前除去它们，要求新催化剂和新催化剂的制备方法。有效地生产催化剂且投资花费、时间和能量下降的一步法是尤其理想的。

发明概述

本发明是生产用作脱NO_x催化剂的金属氧化物的方法。该方法包括使二氧化钛前体、氧化钒前体和氧化钨前体在氧气存在下在至少1000℃的温度下反应。与通过常规方法生产的催化剂相比，通过本发明方法生产的催化剂对于通过氨气破坏氮氧化物令人惊奇地更加有效。

发明详述

本发明的方法包括使二氧化钛前体、氧化钒前体和氧化钨前体在氧气存在下在至少1000℃的温度下反应。二氧化钛前体是含钛的化合物，所述化合物当在氧气存在下经历高温时形成二氧化钛。尽管本发明的方法不限于选择特定的二氧化钛前体，但可用于本发明的合适的钛化合物包括但不限于烷醇钛和卤化钛。优选的烷醇钛是四异丙醇钛、四乙醇钛和四丁醇钛。特别优选四乙醇钛。优选的卤化钛包括三氯化钛和四氯化钛。

氧化钒前体是含钒的化合物，所述化合物当在氧气存在下经历高温时形成氧化钒。尽管本发明的方法不限于选择特定的氧化钒前体，但可用于本发明的合适的钒化合物包括但不限于卤化钒、卤氧化钒、烷醇钒和乙酰丙酮化钒。

氧化钨前体是含钨的化合物，所述化合物当在氧气存在下经历高温时形成氧化钨。尽管本发明的方法不限于选择特定的氧化钨前体，但可用于本发明的合适的钨化合物包括但不限于烷醇钨、卤化钨、卤氧化钨、钨酸和钨酸铵。

金属氧化物催化剂优选包括0.1-20wt％的氧化钨，0.2-10wt％的氧化钒，和余量的二氧化钛；更优选4-15wt％的氧化钨和1-3wt％的氧化钒。

为了增加金属氧化物催化剂的热稳定性，可有利地添加额外的氧化物前体。合适的添加剂包括二氧化硅源、氧化铝源、氧化铈源、氧化镧源、氧化锆源、及其混合物。添加剂是当在氧气存在下经历高温时形成二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化镧或氧化锆的化合物。