[发明专利]一种耐高温磷钨酸吸附型铁基氧化物催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂制备领域，特别是一种用于催化还原氮氧化物的磷钨酸吸附型铁基氧化物催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

NO_x(主要是NO和NO₂)会导致酸雨和灰霾，除此，NO_x还会与碳氢化合物在光照条件下产生光化学烟雾以及破坏臭氧层。同时其还具有生物呼吸毒性，一氧化氮(NO)与血红蛋白亲和力是氧气的数十倍，其进入血液会阻碍氧气的输送，引发肺部病变，对人体的呼吸系统造成直接损害，甚至危害中枢神经系统。我国在“十二五”期间已将NO_x列为主要控制指标，因此发展控制氮氧化物排放的技术会是我国近一段时间的研究热点。

NH₃-SCR是最早发展并应用于固定源脱氮的技术，也是最有望实际应用于柴油车尾气NO_x净化领域的技术。SCR技术是指在催化剂存在下，向烟气中喷入NH₃和尿素等还原剂,使其选择性地与NO_x反应生成无毒无害的N₂和H₂O，从而达到净化烟气的目的。催化剂是NH₃-SCR技术的核心，尤其是WO₃或MoO₃掺杂的钒基催化剂，被广泛用于除去固定源产生的NO_x。这种类型的催化剂也是应用于柴油车尾气脱氮的第一代NH₃-SCR催化剂。然而，钒基催化剂其在净化领域的实际应用存在着多种问题，例如，催化剂中的活性物种钒脱落到环境中会具有生物毒性，同时还有操作窗口温度窄、高温时会生成大量N₂O有害气体等的问题。面对越来越严苛的尾气排放标准，传统的催化剂已经不能满足环境保护的要求。因此，研发新型的环境友好型的高效稳定催化剂是近年来研究的热点。目前研究较多的催化剂包括Fe基、Ce基、Mn基和Cu基等金属氧化物催化剂以及Fe基和Cu基分子筛催化剂。

磁赤铁矿(γ-Fe₂O₃)在200-300℃具有优异的NH₃-SCR反应活性和N₂选择性。Yang等人发现在高于350℃温度区间，磁赤铁矿容易将NH₃直接氧化成NO或NO₂，因此其在高温段的NH₃-SCR反应活性较差。磷钨酸具有Keggin多酸的结构特点，具有较强酸性和氧化还原性双功能催化能力，目前在各领域的理论研究和应用前景方面受到了广泛关注。较强的酸性有利于NH₃-SCR反应中NH₃的吸附，对促进催化剂的活性具有一定意义。

发明内容

针对现有NH₃-SCR催化剂存在的不足，以及铁氧化物高温易烧氨等问题，本发明提供了一种将磷钨酸均匀吸附在铁基氧化物上制备具有优异的抗相变能力、催化活性、耐高温热稳定性和N₂生成选择性高的催化剂及其制备方法。可用作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的NO_x催化净化。

因此，本发明的目的之一在于提供一种用于催化净化氮氧化物的磷钨酸吸附型铁基氧化物催化剂。本发明的目的之二在于提供一种磷钨酸吸附型铁基氧化物催化剂的制备方法。本发明的目的之三在于提供一种磷钨酸吸附型铁基氧化物催化剂的应用。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种耐高温的磷钨酸吸附型铁基氧化物催化剂，其特征在于,所述催化剂为HPW/Fe₂O₃，所述催化剂是将HPW均匀吸附到四氧化三铁Fe₃O₄表面煅烧形成的。

一种磷钨酸吸附型铁基氧化物催化剂的制备方法。包括如下步骤：

(1)配制三价铁源和二价铁源的混合溶液，在常温条件下搅拌均匀；加入缓释沉淀剂，连续搅拌1～4h；对溶液中的沉淀物进行离心和洗涤，得到铁基氧化物；

(2)配制磷钨酸溶液，在常温条件下溶解搅拌；

(3)向磷钨酸溶液中加入铁基氧化物；在常温下保持继续搅拌沉淀6～24h；

(4)对溶液中的沉淀物进行分离和洗涤；将所得固形物进行烘干和煅烧，得到HPW/Fe₂O₃催化剂。