[发明专利]莫来石型氧化物负载型催化剂用于低温选择性催化还原脱硝的用途

说明书

本发明涉及莫来石型氧化物负载型催化剂用于低温选择性催化还原脱硝的用途，其特征在于，所述莫来石型氧化物负载型催化剂由负载到载体上的化学通式为A_mB_1‑mC_2‑nD_nO_5‑k的莫来石型氧化物组成，其中A、B、C、D、m、n和k以及载体的选择在如本文中所定义。通过利用本发明所提供的莫来石型氧化物负载型催化剂，能够在低温(室温～250℃)下以高转化率将例如发动机尾气或工业烟气中的氮氧化物NO_x选择性催化还原转化为N₂和H₂O，同时所述催化剂的制备工艺简单、成本低。

技术领域

本发明属于脱硝技术领域，更具体地涉及莫来石型氧化物负载型催化剂用于低温选择性催化还原脱硝的用途。

背景技术

氮氧化物(NO_x)是一种会对环境造成严重污染的大气污染物，直接排放到大气当中会造成酸雨、雾霾、光化学烟雾等多种环境问题。其主要来源于工业生产排放废气和化石燃料燃烧的过程。随着人们环保意识的逐渐增强和相应国家打赢蓝天保卫战的号召，氮氧化物污染物的治理迫在眉睫。

选择性催化还原(Selective catalytic reduction,SCR)是一种常用的NO_x净化技术，根据催化剂的最高转化率的温度窗口的不同，适用于不同的NO_x排放场景。在工业烟气排放过程中，烟气温度通常在120℃-300℃之间，同时伴随着大量的水蒸气、SO₂和粉尘，非常容易造成催化剂中毒失活。

除工业脱硝外，SCR脱硝装置也被应用于各种机动车尾气处理系统中。甲醇燃料汽车、乙醇燃料汽车等新能源汽车能够减少大量SO₂的排放，同原有的汽油发动机车具有一定的兼容性，在不对车辆进行大规模改造的情况下即可投入使用，但其尾气中除去燃料不完全燃烧释放的有机物外，仍存在大量NO_x。因此不论是传统的柴油发动机车，还是新能源汽车，其尾气后处理系统中都需要高效的SCR催化剂。在绿色节能理念的指导下，下一代发动机的发展趋势必然是结合环保新能源和降低发动机温度，提高能量利用率，因此开发高效的低温催化剂是适应新一代发动机所必须的。

CN104624184A公开了一种用于一氧化氮氧化的莫来石型氧化物催化剂。然而，一方面，该申请仅涉及一氧化氮的催化氧化，并未将催化剂真正用于SCR反应中，若将该类催化剂直接用于SCR反应，由于其过强的氧化性导致NH₃被过量氧化，使得反应过程中N₂选择性过低，必须对催化剂进行进一步优化。此外，将NO氧化为NO₂仅能促进反应机理为快速SCR(2NH+NO+NO₂→2N₂+H₂O)的催化剂(如Fe基催化剂)，对于遵循标准SCR(4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O)的催化剂来说，NO到NO₂的转变并不起决定作用。当莫来石催化剂应用于SCR反应中时，不遵循快速SCR机理，因此需要使用载体对其氧化还原性能进行调控，通过改变载体的酸性和用量可以得到适合的SCR催化剂。

作为成功商业化并推广应用的SCR负载型催化剂，已报道的负载型氧化物催化剂V₂O₅-WO₃/TiO₂(VWT)或V₂O₅-MoO₃/TiO₂对于300～400℃的NH₃-SCR呈现优异的脱硝作用。然而，这种基于V₂O₅的催化剂不适合于在低于300℃的温度下对来自废物焚烧炉、玻璃熔炉和钢烧结炉等工业窑炉的烟气进行脱硝，同时这种基于V₂O₅的催化剂中的氧化钒具有毒性和挥发性，在脱硝的同时会对大气产生另外的污染，不适用于长期使用。