專利名稱：催化還原氮氧化物的釩鈰鈦催化劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境催化、環(huán)境材料和大氣污染控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于處理燃煤電廠、水泥窯爐和生物質(zhì)燃料鍋爐等排放廢氣中氮氧化物(NOx)的催化劑及其制備方法，對(duì)堿金屬、堿土金屬含量高的廢氣特別適用。
背景技術(shù)：
隨著能源消費(fèi)的增長，大量化石燃料被消耗，導(dǎo)致氮氧化物的排放量不斷增加，對(duì)環(huán)境造成極大破壞。因此，富氧條件下NOx的排放控制已成為目前環(huán)境催化和大氣污染控制技術(shù)領(lǐng)域中一個(gè)研究熱點(diǎn)。氨氣選擇性催化還原(Selective catalytic reduction, SCR)被認(rèn)為是固定源NOx消除的最有效的方法之一，其核心問題是催化劑的研制。目前，工業(yè)化應(yīng)用的NH3-SCR催化劑，主要是以TiO2為載體，再負(fù)載上一定量的V2O5, WO3或MoO3作為活性組份，該催化劑在320-400°C范圍內(nèi)有良好的催化性能。但是，該催化劑存在以下問題催化劑成本高；活性組份V2O5的前軀體毒性大，容易造成環(huán)境污染；并且該催化劑在煙氣中堿金屬、堿土金屬存在的條件下會(huì)中毒失活。本發(fā)明通過在V205/Ti02催化劑中加入CeO2,不僅降低了 V2O5的用量，還使催化劑對(duì)堿金屬和堿土金屬具有良好抗性，明顯提高了催化劑的脫硝性能，。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備工藝簡單且對(duì)氨選擇性還原NOx具有高效率的復(fù)合型催化劑及其制備方法。在％05/1102催化劑中添加CeO2,通過活性組份間的協(xié)同催化作用，制備了一種毒性小、成本低并且對(duì)堿金屬、堿土金屬具有良好抗性的低釩脫硝催化劑。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的采用二氧化鈦為載體，五氧化二釩為主活性組份，二氧化鈰為發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)的次活性組份，其組成表示為V205-Ce02/Ti02,五氧化二f凡的含量為O. 1-1%, 二氧化鋪的質(zhì)量含量為2 10%。本發(fā)明提供了一種制備釩鈰鈦復(fù)合型催化劑的方法，其特征在于該方法依次包括以下步驟(I)配制O. 5^1. Omo I/L的硝酸鈰溶液和O. 05、. 2 mo I/L的偏釩酸銨溶液；(2)取步驟(I)所得硝酸鈰溶液，3(T50 °C水浴攪拌均勻，得到硝酸鈰水浴溶液；然后將二氧化鈦加入到該硝酸鈰水浴溶液中，攪拌2飛小時(shí)，制得漿料；(3)將步驟(2)中制得的漿料在120°C條件下烘干12 24小時(shí)，制得干燥樣品。將樣品置于馬弗爐中在500°C條件下焙燒Γ8小時(shí)，冷卻后，將樣品研磨成粉末；(4)取步驟(I)所得偏釩酸銨溶液，3(T50 °C水浴攪拌均勻，得到偏釩酸銨水浴溶液；將(3)中得到的粉末加入到該偏釩酸銨水浴溶液中，攪拌2飛小時(shí)，制得漿料；(5)將步驟(4)中制得的漿料在120°C條件下烘干12 24小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒Γ8小時(shí)，制得V205-Ce02/Ti02催化劑。
本發(fā)明還提供了采用上述釩鈰鈦復(fù)合型催化劑還原氮氧化物的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(I)將上述催化劑裝載在固定床反應(yīng)器當(dāng)中，反應(yīng)溫度控制在275 450°C范圍；(2)以氨氣為還原劑，控制氣體總流量在20(T400 ml/min,空速在64，000 128，000 h'本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果降低了有毒性的活性組分V2O5的用量，減輕了對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)通過在V205/Ti02催化劑中添加CeO2,發(fā)揮活性組份間的協(xié)同催化作用，提高了催化劑抗堿金屬及堿土金屬的能力，有效改善了催化劑的脫硝性能，在275 450°C范圍內(nèi)，氮氧化物的凈化效率達(dá)66、7%。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明 實(shí)施例I :0· 5%V205-5%Ce02/Ti02復(fù)合型催化劑的制備a)取I. 09 ml O. 80 mol/L的硝酸鈰溶液，30°C水浴攪拌均勻，得到硝酸鈰水浴溶液；將2. 835 g 二氧化鈦加入到該該硝酸鈰水浴溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。b)將步驟a)中制得的漿料在120°C條件下烘干12小時(shí)，制得干燥樣品。將樣品置于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，冷卻后，將樣品研磨成粉末。c)取I. 61 ml O. 10 mol/L偏釩酸銨溶液，30°C水浴攪拌均勻，得到偏釩酸銨水浴溶液；將b)中得到的粉末加入到該偏釩酸銨水浴溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。d)將步驟c)中制得的漿料在120°C條件下烘干12小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，得V205-Ce02/Ti02催化劑。實(shí)施例2 0. 5%V205-2%Ce02/Ti02復(fù)合型催化劑的制備a)取O. 70 ml O. 50 mol/L的硝酸鈰溶液，40°C水浴攪拌均勻；然后將2. 835 g二氧化鈦加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。b)將步驟a)中制得的漿料在120°C條件下烘干12小時(shí)，制得干燥樣品。將樣品置于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，冷卻后，將樣品研磨成粉末。()取1.61ml O. 10 mol/L偏釩酸銨溶液，40°C水浴攪拌均勻；然后將b)中得到的粉末加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。d)將步驟c)中制得的漿料在120°C條件下烘干12小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，得V205-Ce02/Ti02催化劑。實(shí)施例3 0. 5%V205-10%Ce02/Ti02復(fù)合型催化劑的制備a)取I. 74 ml I. 00 mol/L的硝酸鈰溶液，30°C水浴攪拌均勻；然后將2. 835 g二氧化鈦加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。b)將步驟a)中制得的漿料在120°C條件下烘干12小時(shí)，制得干燥樣品。將樣品置于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，冷卻后，將樣品研磨成粉末。c)取1.61 ml 0. 10 mol/L偏釩酸銨溶液，30°C水浴攪拌均勻；然后將b)中得到的粉末加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。d)將步驟c)中制得的漿料在120°C條件下烘干12小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，得V205-Ce02/Ti02催化劑。
實(shí)施例4 0. l%V205-5%Ce02/Ti02復(fù)合型催化劑的制備a)取I. 09 ml O. 80 mol/L的硝酸鈰溶液，50°C水浴攪拌均勻；然后將2. 835 g二氧化鈦加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。b)將步驟a)中制得的漿料在120°C條件下烘干18小時(shí)，制得干燥樣品。將樣品置于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，冷卻后，將樣品研磨成粉末。c)取O. 644 ml O. 05 mol/L偏釩酸銨溶液，50°C水浴攪拌均勻；然后將b)中得到的粉末加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。d)將步驟c)中制得的漿料在120°C條件下烘干18小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，得V205-Ce02/Ti02催化劑。實(shí)施例5 l%V205-5%Ce02/Ti02復(fù)合型催化劑的制備a)取I. 09 ml O. 80 mol/L的硝酸鈰溶液，40°C水浴攪拌均勻；然后將2. 835 g二氧化鈦加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。b)將步驟a)中制得的漿料在120°C條件下烘干24小時(shí)，制得干燥樣品。將樣品置于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，冷卻后，將樣品研磨成粉末。()取1.61ml O. 20 mol/L偏釩酸銨溶液，40°C水浴攪拌均勻；然后將b)中得到的粉末加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。d)將步驟c)中制得的漿料在120°C條件下烘干24小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，得V205-Ce02/Ti02催化劑。實(shí)施例6 (參比)lwt% V205/Ti02催化劑的制備a)取I. 61 ml O. 20 mol/L偏釩酸銨溶液，30°C水浴攪拌均勻；然后將2. 835 g 二氧化鈦加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。b)將步驟a)中制得的漿料在120°C條件下烘干24小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，得V205/Ti02催化劑。實(shí)施例7 (參比)0· 5wt% V205/Ti02催化劑的制備c)取I. 61 ml 0. 10 mol/L偏釩酸銨溶液，30°C水浴攪拌均勻；然后將2. 835 g 二氧化鈦加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。d)將步驟a)中制得的漿料在120°C條件下烘干12小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，得V205/Ti02催化劑。實(shí)施例8 (參比)5 wt%Ce02/Ti02催化劑的制備a)取I. 09 ml 0. 80 mol/L硝酸鈰溶液，30°C水浴攪拌均勻；然后將2. 835 g 二氧化鈦加入到該溶液中，攪拌4小時(shí)，制得漿料。b)將步驟a)中制得的漿料在120°C條件下烘干12小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4小時(shí)，得Ce02/Ti02催化劑。實(shí)施例9 :催化劑的制備方法與實(shí)施例I相同，將0. 12克催化劑置于連續(xù)流動(dòng)固定床反應(yīng)器中，反應(yīng)氣組成為0.05% N0,0. 05% NH3, 5% O2，用氮?dú)庾銎胶鈿?，反?yīng)氣的流速為300 ml/min，空速為128,000 h'活性評(píng)價(jià)溫度范圍為275-450 °C，不同溫度下，催化劑還原NOx的轉(zhuǎn)化率見表I。實(shí)施例10 :催化劑的制備方法與實(shí)施例2相同，將0. 12克催化劑置于連續(xù)流動(dòng)固定床反應(yīng)器中，反應(yīng)氣組成為0.05% N0,0. 05% NH3, 5% O2，用氮?dú)庾銎胶鈿猓磻?yīng)氣的流速為300 ml/min，空速為128,000 h'活性評(píng)價(jià)溫度范圍為275-450 °C，不同溫度下，催化劑還原NOx的轉(zhuǎn)化率見表I。實(shí)施例11 :催化劑的制備方法與實(shí)施例3相同，將O. 12克催化劑置于連續(xù)流動(dòng)固定床反應(yīng)器中，反應(yīng)氣組成為O. 05% NO, O. 05% NH3, 5% O2，用氮?dú)庾銎胶鈿?，反?yīng)氣的流速為300 ml/min，空速為128,000 h'活性評(píng)價(jià)溫度范圍為275-450 °C，不同溫度下，催化劑還原NOx的轉(zhuǎn)化率見表I。實(shí)施例12 :催化劑的制備方法與實(shí)施例4相同，將O. 12克催化劑置于連續(xù)流動(dòng)固定床反應(yīng)器中，反應(yīng)氣組成為O. 05% NO, O. 05% NH3, 5% O2，用氮?dú)庾銎胶鈿?，反?yīng)氣的流速為300 ml/min，空速為128,000 h'活性評(píng)價(jià)溫度范圍為275-450 °C，不同溫度下，催化劑還原NOx的轉(zhuǎn)化率見表I。實(shí)施例13 :催化劑的制備方法與實(shí)施例5相同，將O. 12克催化劑置于連續(xù)流動(dòng)固定床反應(yīng)器中，反應(yīng)氣組成為O. 05% NO, O. 05% NH3, 5% O2，用氮?dú)庾銎胶鈿?，反?yīng)氣的流速為300 ml/min，空速為128,000 h'活性評(píng)價(jià)溫度范圍為275-450 °C，不同溫度下，催化劑還原NOx的轉(zhuǎn)化率見表I。表I V2O5-CeO2ZtiO2和V2O5 /TiO2催化劑活性評(píng)價(jià)結(jié)果
權(quán)利要求
1.催化還原氮氧化物的釩鈰鈦催化劑，其特征在于該催化劑以二氧化鈦為載體，五氧化二釩為主活性組份，二氧化鈰為發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)的次活性組份，其組成表示為V2O5-CeO2/TiO2,五氧化二釩的含量為O. 1_1%，二氧化鈰的質(zhì)量含量為2 10%。
2.如權(quán)利要求I所述的催化還原氮氧化物的釩鈰鈦催化劑的制備方法，其特征在于該方法依次包括以下步驟 (1)配制O.5^1. Omo I/L的硝酸鈰溶液和O. 05、· 2 mo I/L的偏釩酸銨溶液； (2)取步驟(I)所得硝酸鈰溶液，3(T50°C水浴攪拌均勻；然后將二氧化鈦加入到該溶液中，攪拌2飛小時(shí)，制得漿料； (3)將步驟(2)中制得的漿料在120°C條件下烘干12 24小時(shí)，制得干燥樣品。將樣品置于馬弗爐中在500°C條件下焙燒Γ8小時(shí)，冷卻后，將樣品研磨成粉末； (4)取步驟(I)所得偏釩酸銨溶液，3(T50°C水浴攪拌均勻；然后將(3)中得到的粉末加入到該溶液中，攪拌2飛小時(shí)，制得漿料； (5)將步驟(4)中制得的漿料在120V條件下烘干12^24小時(shí)，然后于馬弗爐中在500°C條件下焙燒4、小時(shí)，制得V205-Ce02/Ti02催化劑。
3.如權(quán)利要求I所述催化還原氮氧化物的釩鈰鈦催化劑的應(yīng)用，其特征在于，該應(yīng)用方法包括以下步驟 (1)將上述催化劑裝載在固定床反應(yīng)器當(dāng)中，反應(yīng)溫度控制在275 450°C范圍； (2)以氨氣為還原劑，控制氣體總流量在200 400ml/min,空速在64，000 128，000
全文摘要
催化還原氮氧化物的釩鈰鈦催化劑及其制備方法和應(yīng)用屬于環(huán)境催化和大氣污染控制技術(shù)領(lǐng)域。該催化劑二氧化鈦為載體，五氧化二釩為主活性組分，二氧化鈰為發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)的次活性組份，采用分步浸漬法制備。其特點(diǎn)是二氧化鈰的加入不僅降低了毒性釩的用量，還明顯地提高了催化劑催化消除氮氧化物的性能及抗堿金屬中毒的性能。所提供的還原氮氧化物的方法是將催化劑裝載在固定床反應(yīng)器中，反應(yīng)溫度控制在275~450℃范圍；以氨為還原劑。本發(fā)明制備的釩鈰鈦復(fù)合型催化劑，空速為12,8000h-1時(shí)，在275~450℃范圍內(nèi)，氮氧化物的凈化效率達(dá)66~97%。
文檔編號(hào)B01D53/90GK102909003SQ201210435420
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月4日
發(fā)明者劉志明, 張紹軒, 易揚(yáng) 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)