[发明专利]一种用于烟气脱硝的高性能钒铈钛复合氧化物催化剂及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及用于烟气脱硝的钒铈钛复合氧化物催化剂及其制备方法。

背景技术

工业迅猛发展需要巨大的能源消耗，在我国以煤炭为主的的能源结构下，煤炭燃烧所排放的烟气给环境造成了严重的污染，其中氮氧化物（NOx）带来的环境污染尤为严重，其治理已经刻不容缓。在NOx排放控制技术中，以NH₃为还原剂选择性催化还原NOx（即NH₃-SCR技术），是燃煤电厂烟气脱硝最行之有效的方法。

目前，工业化应用的NH₃-SCR催化剂主要是V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂催化剂，该催化剂的特点是在燃煤锅炉电站中的NOx脱除效率在80%以上，且具有良好的抗硫性能，工作温度为280-420^oC。但是，该催化剂中锐钛型TiO₂载体在使用过程中也存在一些问题，如机械强度差、比表面积较小、在高温下易转晶为金红石型TiO₂。为了克服以上缺点，我们尝试将一些金属阳离子掺入锐钛矿型TiO₂的晶格形成钛基固溶体。我国是稀土资源大国，其中稀土金属氧化物二氧化铈（CeO₂）由于具有优异的氧化还原性能、空的d轨道、良好的储释氧能力和丰富的氧空位而被广泛用于燃煤电厂烟气脱硝。将铈离子掺入锐钛矿型TiO₂晶格中形成铈钛固溶体，具有比表面积比单一TiO₂和CeO₂大，高温焙烧后结构保持不变等特点。

我们通过一种简便的制备方法，成功制备了一系列具有较高热稳定性的的钒铈钛复合氧化物催化剂，其兼具了锐钛矿型TiO₂和CeO₂的优势，并有效地弥补了锐钛矿型TiO₂的不足，在NH₃-SCR催化中表现出优异的催化性能和抗水抗硫性能。同时，本催化剂所用原料廉价易得，制备方法简便快捷，能耗少，环境污染小，在NH₃-SCR催化脱硝领域有着潜在的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种钒铈钛复合氧化物催化剂及其制备方法和用途。以水热法制备的铈钛固溶体为载体，采用简单的浸渍法，所制备的钒铈钛复合氧化物催化剂具有热稳定性好、NH₃-SCR性能高、抗水和抗硫性能优良等特点。

本发明的原理如下：

在水热反应过程中，尿素首先受热分解，逐渐释放出NH₄⁺，溶液pH值增大，使钛离子和铈离子共同沉淀，经过晶体老化长大，焙烧后得到钛铈固溶体载体。利用活性组分和载体的相互作用，通过浸渍法使活性组分V₂O₅在铈钛固溶体表面分散，制备钒铈钛复合氧化物催化剂。

本发明的技术方案如下：

一种钒铈钛复合氧化物催化剂，以水热法合成的铈钛固溶体为载体，通过浸渍负载活性组分五氧化二钒后，五氧化二钒主要以高分散的形式负载在铈钛固溶体表面，钒铈钛复合氧化物催化剂比表面积为10-105m²·g^-1。

一种制备上述的钒铈钛复合氧化物催化剂的方法，由如下步骤组成：

步骤1.将20mL钛酸四正丁酯和0.62g硝酸铈分散于20mL无水乙醇中，加入18.08g尿素，磁力搅拌30min后，将混合液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在180^oC水热10h，然后将反应釜冷却至室温，对样品进行离心洗涤，110^oC干燥12h，研磨，在管式炉中空气气氛下550^oC焙烧6h，即得到铈钛固溶体，标记为CeTi。