[发明专利]低碱催化剂材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种催化剂材料，更准确来讲是指一种基于SiO₂/TiO₂的低碱金属催化剂材料，其生产方法及其应用，特别是用于从燃烧气体中除去污染物，尤其是各种氮氧化物。

燃烧过程中形成的各种氮氧化物(特别是二氧化氮)刺激呼吸器官并且引起呼吸器官损伤，并且由于形成硝酸而导致酸雨的形成。当从烟气中除去各种氮氧化物(也称之为脱NOx)时，各种氮氧化物例如一氧化氮(NO)和多氧化氮(NO_X)，从燃煤或者燃气涡轮电站的废气中被除去。

现有技术已知的从废气中除去各种氮氧化物的方法是还原性方法例如选择性催化方法(选择性催化还原，SCR)。术语SCR指的是选择性催化还原来自火力发电厂，生活垃圾焚烧电厂，燃气涡轮，工业厂房和发动机的废气中的各种氮氧化物的技术。

许多这种催化剂含有TiO₂，其中TiO₂自身作为催化剂或者作为助催化剂与过渡金属氧化物或者贵金属结合。采用SCR催化剂的化学反应是选择性的，即，优选还原各种氮氧化物(NO，NO₂)，而不希望的各种次要反应(例如二氧化硫氧化为三氧化硫)大部分都受到抑制。

SCR反应催化剂存在两种类型。一种类型主要包含了二氧化钛，五氧化二钒和氧化钨。另一种类型基于一种沸石结构。另外的金属组分也被添加到现有技术的这两个体系中。

在TiO₂-WO₃-V₂O₅催化剂体系中，V₂O₅主要作为涂覆了WO₃的TiO₂(锐钛矿改性)上的催化活性物种。涂覆在TiO₂上的WO₃目的是作为阻挡层的作用以阻挡钒扩散至TiO₂以及防止伴随的活性降低和形成金红石。

根据美国专利4085193中的现有技术，WO₃涂覆过的TiO₂被提出用于各种催化应用，其中包括作为脱NOx催化剂。该处已知的方法是基于添加钨组分至偏钛酸以及紧接着的煅烧使表面积达到大约100m²/g。这些催化剂的一个缺点是热稳定性仅达到650°C。

美国专利5922294中描述的一种催化剂，其中在锐钛矿改性中存在的TiO₂在高达800°C的温度下仍然是稳定的，但是涉及烷氧基钛和烷氧基铝的共水解作用(溶胶-凝胶过程)的生产方法具有不希望的缺点，因为它们很昂贵，必须使用金属-有机化合物和有机溶剂。类似的考虑因素适用于欧洲专利0826410中描述的关于TiO₂/SiO₂体系的方法。

欧洲专利0668100描述了一种关于生产TiO₂/SiO₂催化剂的方法：通过将一种含有溶解于酸性溶液中的一种硅化合物和一种钛化合物的酸性溶液添加至一种碱性化合物的溶液中用于引发共沉淀作用。

德国专利3619337描述了通过将硫酸钛的水溶液与含有铵的SiO₂水溶胶混合制备TiO₂/SiO₂粉末。将沉淀产物洗涤，烘干和煅烧并用于生产含有一定量钒和铜的催化剂材料。

根据欧洲专利0516262和1063002已知的方法，为生产介孔TiO₂或TiO₂/SiO₂催化剂，将TiO₂或TiO₂/SiO₂粉末与可以烧尽的材料(例如甲基纤维素)混合，成形，然后进行煅烧。

国际专利0114054也描述了一种介孔、粉末状TiO₂/SiO₂材料。为生产这种材料，Ti以氢氧化钛的形式沉淀并且在氢氧化钛沉淀后加入SiO₂组分，使得SiO₂含量在最终产物中不高于18%。

欧洲专利1533027披露了另一个催化剂系统。其中描述了一种关于生产含有TiO₂的催化剂或催化剂载体的方法：将一种含有钛的水溶液加入细分的无机载体材料在水中的悬浮液中，使得TiO₂以钛氧化物水合物形式在无机载体上沉淀。