[发明专利]一种锆掺杂的钒基氧化物催化剂、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂，具体涉及一种用于催化净化氮氧化物的锆掺杂的钒钨钛氧化物催化剂，特别涉及一种用于以柴油车尾气为代表的移动源和以燃煤电厂烟气为代表的固定源氮氧化物催化净化的锆掺杂的钒钨钛氧化物催化剂。

背景技术

氮氧化物(NO_x，主要指NO和NO₂)是大气中的一种重要污染物。NO_x具有较强的生物毒性，可以对人体健康，尤其是呼吸系统产生直接危害。另外，NO_x还可以引发酸雨、光化学烟雾等重大环境问题。控制NO_x的排放是当今环境保护领域亟需解决的一个重要问题。

在固定源NO_x和移动源NO_x排放控制技术中，NH₃选择性催化还原NO_x（即NH₃-SCR）技术已被广泛用于燃煤电厂等固定源NO_x的催化消除，也最有希望大规模应用于柴油车尾气等移动源NO_x净化。将NH₃-SCR技术应用于固定源NO_x的催化去除是20世纪70年代在日本首先发展起来的，随后在美国以及欧洲等国家和地区被广泛应用。由于配备NH₃储罐存在一定的危险性，NH₃-SCR技术用于移动源NO_x催化去除时，通常将还原剂NH₃更换成安全性更高的尿素溶液。

工业化应用的NH₃-SCR催化剂通常是含钒（V）的V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂，其中以TiO₂作为载体，以V₂O₅作为活性组分，以WO₃作为催化助剂。该传统的钒基催化剂体系自上世纪70年代被工业化应用于燃煤电厂烟气脱硝以来，经历了近40年的考验，虽然在实际应用中还存在着一定的问题，但仍然是NH₃-SCR催化剂中的经典体系。鉴于我国柴油车国IV阶段排放标准的全面实施日渐临近，中国重汽、潍柴、上柴等国内企业都将采用NH₃-SCR技术路线进行尾气后处理，以满足该标准的要求。NH₃-SCR技术广泛应用于柴油车尾气NO_x去除已经是大势所趋，研究和应用都最为成熟的钒基催化剂体系成为现阶段的首选。此外，我国还拥有数目众多的内河船用柴油机，由于船用重油成分复杂，尤其是硫含量高，能够在该尾气条件下实际应用的SCR催化剂体系也非钒基催化剂莫属。

目前，钒钨钛氧化物催化剂体系在实际应用中所面临的一个重要问题是高温失活。因此，改善该催化剂体系的高温稳定性具有非常重要的意义。美礼联无机化工公司的专利（CN102523735A）公布了一种二氧化硅稳定化超细锐钛矿二氧化钛的组合物和方法，通过利用二氧化硅的低分子量形式和/或小纳米颗粒形式对TiO₂颗粒进行处理来实现表面稳定化，可以提高钒-钛催化剂体系的高温稳定性；与传统的以二氧化钛为载体负载钒的氧化物和钨的氧化物制备的V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂相比，以钛钨粉为载体负载钒的氧化物制备的V₂O₅/WO₃-TiO₂催化剂通常具有更为优异的高温稳定性，专利（CN102764662A）和专利（CN102698737A）中公布了两种用于SCR催化剂的钛钨粉的制备方法；本发明中以钛钨粉为载体负载钒的氧化物，通过锆的掺杂，制备了ZrO₂-V₂O₅/WO₃-TiO₂催化剂，该催化剂具有比V₂O₅/WO₃-TiO₂更为优异的高温稳定性和N₂生成选择性。

发明内容