[发明专利]一种多功能催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多功能催化剂及其制备方法和应用，以磷酸氢锆和三氧化钛的混合物为载体，以铈锰铁复合氧化物为催化活性组分，以氧化锶为助催化剂。以载体质量为基准，活性组分的质量百分含量为2％～4％，助催化剂的质量百分含量为0.5％～1％。将活性组分、助催化剂前驱体溶液和催化剂载体搅拌均匀、陈腐、挤出成型，经干燥、焙烧制得。该催化剂环境友好，不仅能够脱除柴油机尾气中的NO_x，而且低温下能够协同催化脱除CO和HC，活性温度区间宽，SO₂氧化效率低。150‑350℃内脱硝效率均大于95％，最高达100％，CO和HC氧化效率均大于90％，最高分别达到98.7％和97.6％。本发明催化剂性价比高，特别适用于低速柴油机尾气净化领域。

技术领域

本发明涉及一种多功能催化剂及其制备方法和应用，属于环保催化材料和大气污染治理领域，采用该方法制备的产品特别适用于低速柴油机尾气净化领域。

背景技术

随着我国经济社会的发展，大气污染问题日益凸显。其中，机动车尾气排放造成的污染占有相当的比重，而柴油车尤其是重型柴油车排放显著。氨选择性催化还原法因其效率高、稳定性好，已经被确认为柴油车尾气脱硝的主流技术路线。选择性催化还原(SCR)脱成为国内外工业应用研究的主流技术和发展方向。普通商业钒基催化剂虽然脱硝效率高，但其协同催化脱除CO和HC性能较差，活性温度窗口较窄(300～410℃)，低温下活性差，热稳定性能差，易SO₂中毒，且活性组分V₂O₅是一种在水中具有较高溶解度的剧毒物质，致使催化剂在生产、使用过程中都会产生二次污染，其废弃催化剂的无害化处理也会再次增加环保压力。稀土脱硝催化剂因其高效、稳定以及环境友好等特点已经被国家三部委指定为钒基脱硝催化剂的替代产品，因此，研发以稀土元素为基础的新型柴油机低温SCR脱硝用催化剂是具有现实意义和理论需求的重要方向。

国内外柴油机尾气净化专利中多数涉及以金属复合氧化物或分子筛为载体的柴油机脱硝催化剂。专利(CN108940299A)公开了以Ti-Si-O_x复合氧化物为载体，V-W-M-O_x为活性组分，其制备的催化剂虽然热稳定性良好，但活性温度区间只有250-340℃，并不能解决柴油机高温烟气的净化，温度区间较窄。专利(CN107649122A)公开了一种用于柴油机尾气净化的组合催化剂，其中包括锰铈低温催化剂和铈钨高温脱硝催化剂，但其低温催化剂中以氧化锰为主要成分，易于产生SO₂中毒，且其组合催化剂中并没有解决氧化锰低温硫中毒的问题。另一方面，分子筛为载体的脱硝催化剂面临高速气流的长期冲刷和柴油机频繁变载情况下的冷热冲击，其催化剂涂层的牢固度较弱，且水热稳定性较差，成为了制约催化剂规模应用的关键。专利(CN105413740A)公开了一种以硅铝复合胶为粘结剂的Fe分子筛催化剂涂覆方法，其主要特点是通过在溶解后的拟薄酸性胶体中加入SiO₂粉末，控制体系pH值陈化后得到硅铝复合粘结剂。专利(CN104525242A)公开了类似工艺，通过控制胶体粒径，得到稳定的铝锆复合溶胶作为涂覆粘结剂，从而提高催化剂的负载量和涂层牢固度。专利(CN109847795A)采用工业碱性硅溶胶为粘结剂，增强涂层牢固度，能够克服催化组分流失、磨损的问题。专利(CN109174171A)通过浸渍实现Cu盐前驱体与SSZ-13分子筛混合，随后制成浆料，涂覆到蜂窝载体内，经诶少后实现催化剂的活化和涂层的附着。上述催化剂虽然能够解决催化涂层的牢固强度问题，但无法解决分子筛水热稳定性差的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有柴油机尾气净化领域的现状及存在问题，而提出了一种具有较宽活性温度区间，且能协同脱除CO和HC的多功能催化剂，本发明的另一目的是提供上述催化剂的制备方法，特别适用于低速柴油机尾气净化领域。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：