[发明专利]一种用于烟气脱臭/脱硝催化剂的纳米二氧化钛粉体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于无机化学材料技术领域，涉及一种烟气脱臭/脱硝催化剂及其制备方法和应用，特别是涉及一种用于烟气脱臭/脱硝催化剂的纳米二氧化钛粉体及其制备方法和应用。

背景技术

环境污染中，大气污染是很重要的一个方面，而氮氧化物 (NO_x)是主要的大气污染物，主要包括 NO、NO₂、N₂O等，可以引起酸雨、光化学烟雾、温室效应及臭氧层的破坏。自然环境中NO_x的63%来自工业污染和交通污染，是自然发生源的2倍，其中电力工业和汽车尾气的排放各占40%，其他工业污染源占 20%。在通常的燃烧温度下，燃烧过程产生的NO_x中90%以上是NO，NO₂占5%~10%，另有极少量的N₂O。2010年9月，环境保护部明确提出将NO_x列入“十二五”总量控制指标，氮氧化物排放量减少10%。氮氧化物的控制已成为国家经济可持续发展和环境保护的紧迫客观要求。

挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，简称VOCs）是指在常温下饱和蒸气压约大于70 Pa，常压下沸点低于260 ℃的有机化合物。这些易挥发性物质是石油化工，制药工业，印刷工业，涂料装饰业，表面防腐等行业排放废气中的主要污染物。VOCs的危害主要表现在以下两个方面，一是大多数VOCs有毒、有恶臭，对人的眼、鼻、呼吸道有刺激作用，对心、肺、肝等内脏及神经系统产生有害影响，甚至造成急性和慢性中毒，可致癌、致突变。二是VOCs可破坏大气臭氧层，产生光化学烟雾及导致大气酸性化。世界各国都通过立法不断限制VOCs的排放量，如美国《净化大气法》强调在未来几年要减少189种有毒化学品90%的排放，其中70%的化学品是挥发性有机化合物。

在火电脱硝技术中，SCR（选择性催化还原）脱硝技术凭借其脱硝率高(最大可大于90%)、选择性好、成熟可靠等优点，广泛用于国外电站，是目前燃煤机组脱硝的主流；而SCR系统中最关键部份是催化剂，其成本通常占脱硝装置总投资的30%-50%。控制汽车尾气NO_x污染的最有效途径是降低单车排放量，安装汽车尾气净化器是目前最有效的方法之一，其关键是高效汽车尾气净化催化剂的开发。现在应用的三元催化剂多是以蜂窝陶瓷为载体，再涂着上活化层，最后浸渍上Pt，Pd，Rh等活性贵金属。对于有机废气的治理，目前VOCs最有效的净化方法是催化燃烧法，该法具有辅助燃料费用低、操作温度低、设备体积小、VOCs去除率高、无二次污染物等优点，而且可操作性强，因此在控制污染排放物方面变得愈加重要。

SCR法脱硝，三元汽车尾气脱硝和催化燃烧法脱VOCs的核心部分是催化剂，而载体又是催化剂的核心因素之一。上述三种催化剂多以纳米级TiO₂（钛白粉）为载体，以V₂O₅（五氧化二钒）、V₂O₅-WO₃（氧化钨）或V₂O₅-MoO₃（氧化钼）为活性组分，或以Pt，Pd，Rh等为活性组分，制成球状，圆柱体状，蜂窝式、波纹式和板式等多种类型。纳米级钛白粉作为这些催化剂的载体，占催化剂粉体的80%-90%，且对基材TiO₂的性质有特殊的要求。首先，TiO₂必须是纳米级的，且具备比较高和稳定的比表面积；其次，TiO₂表面需有较强的酸性以提高催化剂的脱硝或脱VOCs活性，降低SO₂氧化率和提高抗中毒，抗水蒸气性能。然而，全球目前只有日本和欧洲的少数厂家可以生产纳米级钛白粉。我国虽然是钛白粉生产大国，但是仅少数几家钛白粉厂家能够生产纳米级钛白粉，但是性能不能和进口钛白粉相比较。所以，我国催化剂企业基本都要从国外进口纳米级钛白粉，价格非常昂贵，导致催化剂制造成本居高不下。