[发明专利]用于催化净化氮氧化物的铈锡基复合氧化物催化剂、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种用于催化净化氮氧化物的铈锡基复合氧化物催化剂、制备方法及其应用。所述催化剂具有如下化学组成：铈锡氧化物和M的氧化物，所述M选自P、Ti、Zr、V、Mn、Fe、Cu、Al、Si、Ni、Hf、Nb、Ta、Cr、Mo、W或Re中的任意1种或至少2种的组合。本发明采用无毒无害的原料，通过简单易行的方法制备出具有催化活性高、水热稳定性高、N₂生成选择性优异、操作温度窗口宽、能适应高空速反应条件等特点的铈锡基复合氧化物催化剂，适用于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氮氧化物催化净化装置。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，涉及一种稀土基复合氧化物催化剂、制备方法及其应用，具体涉及一种用于催化净化氮氧化物的铈锡基复合氧化物催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

目前，世界上使用的主要能源多是化石燃料，比如煤、石油和天然气。煤在燃烧后产生的烟气中，除含有硫氧化物(SOx)外，还含有氮氧化物(NOx，主要指NO和NO₂)。石油燃料，比如车用汽油和车用柴油，在燃烧后排放的尾气中，NOx也占了很大比重。

大气中NOx的存在会引起灰霾、光化学烟雾、酸雨等重大环境问题；同时NOx具有生物呼吸毒性，对人类健康造成巨大的危害。因此，如何有效去除NOx成为当今环境保护领域的热点问题。

随着石油资源日趋短缺，CO₂减排压力增大，燃油经济性好和动力性强的柴油车越来越受到重视。与装有三效催化剂的汽油车相比，以NOx和PM为特征的尾气污染成为制约柴油车推广应用的瓶颈。柴油车已成为我国机动车NOx和PM排放的主要分担者，成为机动车尾气治理中的重点和难点。柴油车尾气排放具有温度低、氧含量高、含有大量颗粒物和少量硫等特点，因此其NOx的净化消除难度较大。

目前，氨选择性催化还原NOx(NH₃-SCR)是国际上应用最为广泛的烟气脱硝技术。工业化应用的NH₃-SCR催化剂通常是含有毒物质钒(V)的V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂催化剂，该类催化剂在使用过程中，V会发生脱落进而进入到环境中。由于V⁵⁺具有很大的生物毒性，由此会污染环境，进而危害人体健康，因此欧美日已限制其在柴油车尾气NOx净化中的应用。更为重要的是，随着欧VI、国六等排放法规的实施，需要将柴油车颗粒物捕集装置(DPF)与NOx净化装置联合使用，以大幅度降低柴油机颗粒物(PM)和NOx的排放，DPF再生会产生700℃以上的高温，这对后置NOx净化催化剂的水热稳定性提出了更为苛刻的要求。在这样的高温、含水的条件下，传统的钒基催化剂会发生载体晶型的转化，导致活性的大幅度降低，满足不了欧VI、国六等排放法规的要求。

CN 103433028A公开了一种船机用三效脱除NOx、CO和HC的催化剂，所述催化剂以铈锡钨复合氧化物为催化活性组分，以钴、铁、铜、镧、钼、锰、锆、银、钇氧化物中一种或几种为助催化剂，以铝硅钛复合氧化物为载体，以载体质量为基准，催化活性组分的质量百分含量为5％～30％，助催化剂的质量百分含量为0.1％～20％，其中所述的催化剂活性组分中Ce、Sn与W元素摩尔比为1:(0.1～3):(0.01～3)，所述的载体中Al、Si与Ti元素摩尔比为1:(0.05～2):(0.05～100)。该催化剂脱除NOx效率高，活性温度窗口宽泛，低温协同催化脱除CO和HC效率高，催化剂组分无毒、环境友好、机械强度高、抗震性能优良，热稳定性能良好，制备工艺简单，成本低。该催化剂的不足之处为：该专利通过将铈锡钨饱和溶液、助催化剂前驱体饱和溶液、载体前驱体等直接物理混合的方法制备催化剂，活性组份Ce-W-Sn间的相互作用微弱，且未排除所用可溶性盐中阴离子的干扰。所述催化剂在低温条件下(400℃)即发生了相分离，在700℃即有CeW复合结晶相的析出，其热稳定性有待提升；使用空速低(7200/h)，难以适用于柴油车尾气净化对催化剂耐高空速的要求。