[发明专利]一种钒掺杂型钛基烟气脱硝催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于氮氧化物还原催化材料技术领域，具体涉及一种高比表面积钒掺杂型烟气脱硝催化材料及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的高速发展，煤的开发利用已经给环境带来了严重的污染。特别是燃煤电厂锅炉排放出大量的二氧化硫和氮氧化物更进一步加剧了环境的恶化。中国是燃煤大国，一次能源消耗76％是煤，到2005年我国煤年产量达20亿吨，其中一半将用于燃煤电厂，我国燃煤排放的SO2和NOx分别占总排放量的89％和67％。因此，燃煤烟气中SO2和NOx的排放控制已成为非常紧迫的任务。目前我国已经开展了大规模的烟气脱硫项目，但烟气脱硝还未广泛开展。在欧、美、日等发达国家和地区已开始大规模的烟气脱硝技术研究的同时，随着国内NOx排放标准的日趋严格，我国也应积极开展燃煤烟气脱硝方面的研究，为必将到来的大规模烟气脱硝奠定基础。

目前，选择性催化还原(SCR，即selective catalytic reduction)烟气脱硝技术以其超过90％的脱硝效率和大量工业应用实例成为当前世界的主流脱硝技术。SCR法脱硝，是在催化剂存在的条件下，采用氨、CO或碳氢化合物等作为还原剂，将烟气中的NO还原为N₂。催化剂是SCR技术的核心，其催化性能直接影响到SCR系统的整体脱硝效果。目前，在工程应用中使用最多的SCR脱硝催化剂是钛基钒类催化剂。通常以具有锐钛矿结构的TiO₂作为载体，负载V₂O₅作为主要活性组分，另外还加入WO₃、MoO₃等作为助催化剂组分。该类催化剂具有较高的脱硝活性，且具有较好的抗SO₂、H₂O性能。另外，也有一些如贵金属、复合氧化物、分子筛等被证明是有效的SCR催化剂。

US4925825公开了一种以氨为还原剂，催化还原氮氧化物的方法，使用的催化剂以V₂O₅-MoO₃-TiO₂为活性组分，在较高温度(350℃)下，NO300ppm，NH₃360ppm的条件下，NO的初始转化率可达90％以上。CN 1792431A公开了一种以双氧化物Al₂O₃和TiO₂为复合载体的的整体式SCR脱硝催化剂及其制备方法，该催化剂的活性组分包括V₂O₅和WO₃，采用浸渍法制备。在实验室中模拟烟气成分，当空速为9000～20000h^-1，NOx浓度为300～80ppm，在350～450℃的温度区间内，NOx的去除效率为75～99％。CN 101204650A公开了一种烟气脱硝的铈钛复合氧化物催化剂，采用浸渍法或共沉淀法制备的催化剂主要组成为氧化铈及二氧化钛。该脱硝催化剂在275℃的条件下就可以催化氨选择性还原氮氧化物为无害的氮气和水，转换率可以达到95％以上，选择性达到100％。CN 101284229A公开了一种以钛基陶瓷为载体的烟气脱硝复合催化剂及其制备方法，该发明以钛基陶瓷为载体，钛锆钒复合氧化物为催化剂活性组分，活性组分采用溶胶-凝胶法负载到复合载体上，钛锆钒溶胶采用醇溶液体系制备。

为提高脱硝催化剂的脱硝性能，除了研究开发更加高效的活性组分和新型载体外，通过制备具有高比表面积载体以及活性组分在载体上的高分散负载也可以提高催化剂的脱硝性能。广泛报道的脱硝催化剂通常采用浸渍法将V₂O₅、WO₃等活性组分负载到锐钛矿结构二氧化钛载体上制备而成。相对于传统的制备方法，采用溶胶-凝胶法可以制得更高比表面积和活性组分分散性更好的脱硝催化剂。但采用溶胶-凝胶法制备锐钛矿结构二氧化钛载体过程中，通常都是将有机钛盐溶解到有机醇溶剂中制备钛溶胶，需要消耗大量的有机醇溶剂，成本较高，限制了该方法的推广应用。采用水溶液体系的溶胶-凝胶法制得的二氧化钛载体通常热稳定性较差，难以制得纯相锐钛矿结构二氧化钛。因此，研究开发经济的溶胶-凝胶工艺生产高效钛基脱硝催化剂具有重要的实用价值。

发明内容