[发明专利]一种钒钛氧化物催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种钒钛氧化物催化剂及其制备方法和应用，所述方法为：将草酸氧钒溶液和钛源混合，搅拌负载后干燥，然后经过焙烧得到钒钛氧化物催化剂。本发明使用草酸氧钒代替传统的偏钒酸铵作为前驱体制备钒钛氧化物催化剂，在不降低催化活性的前提下减少了生产过程中的氨污染，更有利于对环境的保护。得到的钒钛氧化物催化剂具有非常优异的SCR性能与N₂生成选择性，在225℃至400℃温度区间内催化效率极高。本发明制备方法简单，简化了催化剂的生产流程，降低了生产成本，适用于工业化应用。

技术领域

本发明涉及环境催化技术领域，具体涉及一种钒钛氧化物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氮氧化物(NO_x)是现今大气中的主要污染物之一，其引发的光化学烟雾、酸雨、温室效应和臭氧层破坏等环境问题以及其生物呼吸毒性对生态环境和人类健康造成了巨大的危害。因此，如何有效去除NO_x成为当今环境保护的重点课题。

在富氧条件下以NH₃为还原剂在催化剂的作用下选择性还原NO_x生成无毒无害的N₂和H₂O，即NH₃/Urea-SCR技术，是去除固定源NO_x和移动源NO_x最为有效的技术之一。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，并在美国以及欧洲等国家和地区被广泛应用。移动源NO_x催化去除过程中，由于配备NH₃储罐存在一定的危险性，大规模实际应用的脱硝技术是Urea-SCR技术，即将还原剂NH₃更换成安全性更高的尿素溶液，其NO_x去除原理与NH₃-SCR技术基本相同，只是增加了尿素的水解过程。

为了满足日益严格的NO_x排放法规，国外众多汽车以及发动机制造企业已经大力开展了Urea-SCR系统的应用化研究并开始了产品化。目前，几乎所有欧洲载货汽车制造商均采用了Urea-SCR技术来减少载货汽车尾气中的NO_x排放。针对我国目前柴油车保有量中以重型柴油车为主的现实，考虑到目前的燃油品质与后处理技术水准，以SCR为主的组合技术来满足排放控制标准非常适合我国的国情，国内众多企业也开始采用Urea-SCR技术进行尾气脱硝。可见，NH₃/Urea-SCR技术广泛应用于柴油车尾气的NO_x去除已经是大势所趋。

催化剂体系是整个NH₃-SCR技术的核心和关键。传统的钒基催化剂体系在固定源燃煤烟气脱硝领域已经工业化应用40多年，是NH3-SCR催化剂中的经典体系，并且已经作为欧洲第一代柴油车用SCR催化剂得到了实际应用。在国内，鉴于柴油车国IV阶段排放标准的全面实施，开发满足NO_x净化效率的Urea-SCR体系及其配套设备势在必行，研究和应用都最为成熟的钒基催化剂成为现阶段的首选。此外，针对我国数目众多的内河船用柴油机，其所用燃料多为重油，成分复杂，尤其是硫含量高，能够在高硫含量尾气条件下高效净化NO_x的SCR催化剂体系也非钒基催化剂莫属。

然而，现有的钒基催化剂制备过程中多以偏钒酸铵作为前驱体进行制备，制备过程中会产生大量氨气，易造成氨污染。例如CN104415746B公开了一种钒钛骨架掺杂氧化物催化剂及其制备和应用，CN106984300A公开了一种钒钛氧化物催化剂及其制备方法和用途，均采用偏钒酸铵作为钒源制备钒基催化剂。因此，针对钒基SCR催化剂在实际应用中出现的问题加以改良，开发清洁、高效稳定并可适应复杂工作条件的SCR催化剂体系具有重要的现实意义。

发明内容