[发明专利]氮氧化物还原用稀土金属钒酸盐催化剂

说明书

本发明提供一种氮氧化物还原用催化剂，其包括：活性部位，包含由化学式1或者化学式2表示的钒酸镧；及载体，用于负载所述活性部位，化学式1：LaVOsubgt;4/subgt;其中，LaVOsubgt;4/subgt;作为多态性，晶体结构为正方晶系(tetragonal)或者单斜晶系(monoclinic)，化学式2：LaVsubgt;3/subgt;Osubgt;9/subgt;其中，LaVsubgt;3/subgt;Osubgt;9/subgt;的晶体结构为单斜晶系(monoclinic)。

技术领域

本发明涉及氮氧化物还原用稀土金属钒酸盐催化剂，具体涉及载体内包含钒酸镧(lanthanum vanadate)作为活性部位(active site)的氮氧化物还原用非均相催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，将二次细颗粒物形成主因之一的氮氧化物(NO_X)和氨(NH₃)高效且稳定地转化的氮氧化物还原工艺(selective catalytic reduction of NO_X，SCR)通过反应式(1)及反应式(2)来进行。

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O…(1)

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O…(2)

提高所述SCR工艺的性能、稳定性、持续性可通过改善应用于SCR工艺的商用催化剂的表面特性来实现。例如，在发电厂、烧结炉、低速/高速船舶及水泥厂的SCR工艺中所采用的代表性商用催化剂为钒氧化物-WO₃/TiO₂(钒氧化物(V oxide)为选自V₂O₃、VO₂、V₂O₅中的至少一个物种)。作为改善商用催化剂的表面物性的方法之一，可以对作为商用催化剂的活性部位的钒氧化物(V oxide)进行结构变形。具体地，通过钒氧化物与过渡金属(transition metal，TM)或稀土金属(rare-earth metal，RM)的氧化物的化学键(chemicalfusion)而形成的金属钒酸盐(metal vanadate)优选为SCR反应的活性部位。更加具体地，金属钒酸盐作为钒与过渡金属或稀土金属的复合氧化物，能够解决所述商用催化剂所包含的钒氧化物活性部位的以下要求改善的事项中的至少一项：1)由于熔点低，SCR反应过程中发生催化剂活性部位的聚集(congregation)现象；2)相对较弱的氧化还原循环特性(redoxcycling trait)；3)相对较少的布朗斯特酸性部位( acid site)或者路易斯酸性部位(Lewis acid site)；4)由于NH₃/NO_X和酸性部位之间的相互作用(interaction)弱或者H₂O和酸性部位之间的相互作用强，导致单位时间SCR反应效率降低；5)在低温下没有快速SCR反应(反应式(3))；6)对于由包含在废气中的SO₂引起的催化剂表面中毒(poison)缺乏耐久性；7)对于由硫酸铵(ammonium sulfate，(NH₄)₂SO₄，AS)、硫酸氢铵(ammoniumbisulfate，(NH₄)HSO₄，ABS)引起的催化剂表面中毒(poison)缺乏耐久性，其中，硫酸铵、硫酸氢铵基于反应式(4)至反应式(6)所示的一系列化学反应而在SCR反应过程中形成；8)对于由包含在废气中的基于碱金属(alkali-metal)的化合物引起的催化剂表面中毒(poison)缺乏耐久性；9)由于钒氧化物活性部位或者载体对水热老化现象(hydrothermalaging)没有结构稳定性而缺乏耐久性。