[发明专利]以TiO2包覆碳纳米管复合材料为载体的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂领域，特别涉及以TiO₂包覆碳纳米管复合材料为载体的 催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

一些工厂如垃圾焚烧厂、金属冶炼厂、燃煤发电厂等，在高温焚烧过程中， 会产生两种主要的有毒物质氮氧化物(NO_X)和二恶英(Dioxins，也称PCDD/DFs)。 前者会造成多种环境问题包括光化学烟雾，酸雨等；后者是持久性的有机污染 物，包括多氯二苯并二恶英类(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs)，这些 物质通过食物链在人体内富集，对人体产生巨大伤害。世界各国纷纷通过法规 和采取相应的措施加以严格控制。

为了减少废气中二恶英的排放，早期主要采用的是活性炭吸附法来处理。 但这种方法只是将气态的二恶英吸附转换为固态，并无法分解二恶英，待废弃 的活性炭埋入地下后，仍然有被植物吸收经食物链进入人体的潜在威胁。新的 有效处理方法是采用合适的催化剂体系在合适的温度(250℃以上)下将其催化 分解成CO₂和H₂O等无害化的成分。

经过大量的科学工作着研究发现：采用选择性催化反应技术，以锐钛矿型 TiO₂等为负载，以VO_X等为活性的催化剂对氮氧化物和二恶英两种有毒气体都有 很好的催化效果。例如，采用WO_X-VO_X-TiO₂和MoO_X-VO_X-TiO₂等体系，都能 有效实现NO_X和PCDD/DFs的减排。

二氧化钛(TiO₂)作为一种宽禁带半导体，具有优良的湿敏、光催化等功能，可 以用于传感器、光分解水和光降解有机物以及太阳能电池等。另外，TiO₂更是 许多催化剂活性组分(如V₂O₅、WO₃、MnO₂等)的优良载体。例如，目前用 于高温过程中产生的烟气的脱硝和去除二恶英类持久性有机污染物的选择性催 化反应系统(SCR)，催化剂大多采用V₂O₅/TiO₂或以V₂O₅/TiO₂为基底复合氧化 物。可是，在SCR系统中，烟气与催化剂的传质过程一直是制约催化效果的一 大瓶颈。

碳纳米管(CNTs)具有优异的机械、热学和电学性能而一直成为国内外研究 的热点。近些年，更发现碳纳米管具有选择性吸附有机物的特性，例如碳纳米 管的吸附持久性有机污染物二恶英类的能力比目前工业用的活性炭吸附性强 10³⁴倍以上。由于具有高比表面积，多空隙，细管径等等独特的形貌、结构，碳 纳米管(CNTs)，尤其是多壁碳纳米管(MWCNTs)成为许多催化剂的优良载体 和制备其他一维纳米材料的模板。VO_X、WO_X、MoO_X、或MnO_X等活性组分、 TiO₂、碳纳米管成功复合，可以产生协同效应，从而可以具备更加优良的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种在烟气脱硝和去除二恶英类持久性有机污染物具 有突出效果的以TiO₂包覆碳纳米管复合材料为载体的催化剂及其制备方法。

本发明的以TiO₂包覆碳纳米管复合材料为载体的催化剂，是在碳纳米管外 表面包覆有掺杂活性组分的TiO₂纳米颗粒，所说的活性组分是V₂O₅、MoO₃、 MnO₂和WoO₃中的一种或几种，活性组分在催化剂中的质量含量为1％～20％。

上述的TiO₂的晶型优选锐钛矿型，TiO₂的粒径为3～50nm。

以TiO₂包覆碳纳米管复合材料为载体的催化剂的制备方法，采用的是溶剂 热法，包括以下步骤：

1)将碳纳米管超声振荡分散于无水乙醇中，得A液；