[发明专利]一种氮掺杂碳化钒及其制备方法和应用

说明书

本发明属于SCR脱硝催化剂再利用技术领域，具体涉及一种氮掺杂碳化钒及其制备方法和应用。该方法包括原料经预处理后在690‑750℃下分离，得到氧化钒；碳源和氮源经一次碳化后得到氮掺杂碳材料；氧化钒与氮掺杂碳材料混合后，经二次碳化反应得到氮掺杂碳化钒。该方法可以利用氧化钒低熔点的特性在常压条件下就可以将氧化钒从废弃的SCR脱硝催化剂中分离出来。该方法需要严格控制反应温度，废弃SCR脱硝催化剂中的氧化钒以熔融液态形式与其它组分(例如TiO₂、WO₃、MoO₃等)进行分离，无需使用真空设备，具有分离反应温度低、成本低的优势。

技术领域

本发明属于SCR脱硝催化剂再利用技术领域，具体涉及一种氮掺杂碳化钒及其制备方法和应用。

背景技术

过渡金属碳化物具有优秀的催化性能，可应用于电催化析氢、析氧、加氢催化和甲醇催化氧化等领域。其中，碳化钒具有优异的电催化氧还原性能，与铂类贵金属催化剂相比，碳化钒具有成本更低、热稳定性更好、储量更丰富、抗催化毒性更强等优点。碳化钒中氮原子的引入可以促使其表面产生活性位点，进而提高其电催化产氢活性，研究表明氮掺杂碳化钒具有更优异的氧还原性能。碳化钒一般通过含碳物质与金属钒或钒化合物高温反应进行制备，钒属于稀有金属，钒资源的开发一方面会造成资源的进一步消耗，另一方面在开采冶炼过程中不可避免的对环境造成破坏，如何在获得高性能碳化钒催化材料的同时降低整个工艺流程的资源消耗强度，实现资源的循环利用，是未来材料开发过程中需要解决的重要问题。

中国多煤少油少气的资源凛赋条件决定了煤炭在我国能源系统中的基础地位。我国一半煤炭资源用于燃煤发电，煤炭燃烧会产生大量氮氧化物污染物，SCR法是当前国内外燃煤电厂应用最为广泛的烟气脱硝后处理技术。脱硝催化剂是SCR法的核心。脱硝催化剂中载体主要成分为TiO₂、活性成分主要为V₂O₅、WO₃和MoO₃等。在SCR系统实际运行的过程中，随着运行时间的增长，脱硝催化剂将不可避免的出现活性降低、寿命缩短等问题，导致脱硝效率的降低。每年燃煤电厂会产生大量的废弃SCR脱硝催化剂。

废弃SCR脱硝催化剂含有V₂O₅、WO₃或MoO₃等有毒金属氧化物，属于危险固体废物，对其进行填埋处理不仅会占据大量的土地资源，也会对环境污染带来潜在的风险。钒元素是人类经济社会发展所需的重要金属资源，而由于其在地壳中丰度较低，被称为稀有金属。对废弃SCR脱硝催化剂中钒元素进行回收并制备高性能能源催化材料碳化钒，不仅具有环境效益，同时也会产生一定的经济价值。

中国专利文献CN111994952A公开了一种冶金级五氧化二钒真空升华制备高纯五氧化二钒的方法，该方法包括，(1)冶金级五氧化二钒干燥、粉碎；(2)将处理后的冶金级五氧化二钒送入真空升华设备，抽真空至10^-3-10^-7Pa，升温至700-1000℃进行真空升华；(3)真空升华完成后，冷却，停止真空，取出得到高纯五氧化二钒，该专利提供的方法需要保持真空环境，工艺条件要求苛刻，成本高。此外，SCR脱硝催化剂中含有多种氧化物，该专利文献提供的方法不能很好地将钒氧化物从催化剂中分离出来。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中废弃SCR脱硝催化剂分离钒氧化物的工艺条件苛刻、回收资源消耗大、经济附加值低等缺陷，从而提供了一种氮掺杂碳化钒及其制备方法和应用。

为此，本发明提供了以下技术方案。

本发明提供了一种氮掺杂碳化钒的制备方法，包括以下步骤，

原料经预处理后在690-750℃下分离，得到氧化钒；

碳源和氮源经一次碳化后得到氮掺杂碳材料；

氧化钒与氮掺杂碳材料混合后，经二次碳化得到氮掺杂碳化钒。