[发明专利]使用干法球磨制备去除氮氧化物的催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用干法球磨制备用于去除氮氧化物的催化剂的方法。更具体地，本发明涉及制备脱氮催化剂的方法，可将该催化剂应用于选择性催化还原(SCR)技术以去除化石燃料和废物燃烧过程中不可避免地生成的氮氧化物，所述方法通过干法球磨五氧化二钒(V₂O₅)结晶和二氧化钛(TiO₂)结晶进行。

背景技术

已知化石燃料燃烧释放出的氮氧化物(NO_x)是引起光化学烟雾、臭氧层破坏和全球变暖的主要空气污染物。因此，近年来NOx相关的环境法规变得愈发严格，从而越来越需要环境有好型且经济型的新型高效NOx去除系统以应对更严格的环境法规，所以，开发并使用多种用于去除氮氧化物的方法。在这些方法中，因为低成本和高效率，催化剂方法被广泛使用。去除氮氧化物的最有效方法之一是使用氨作为还原剂的选择性催化还原(SCR)。一般的SCR反应如下所示。

[反应式1]

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O

[反应式2]

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

[反应式3]

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O

该SCR反应在脱氮催化剂(即，SCR催化剂)下施行。作为市售可得的SCR催化剂，使用V/TiO₂催化剂，该催化剂包括作为支持物的二氧化钛(TiO₂)和作为活性金属的钒(V)。为了改善SCR催化剂的耐用性和性能，通常，二氧化钛(TiO₂)包含钨(W)或钼(Mo)。

最广为人们所知的制备V/TiO₂催化剂的方法是湿浸渍法。该法如下。首先，使钒前体溶解在预定量的水中以获得水性钒前体溶液。偏钒酸铵(NH₄VO₃)通常作为所述钒前体使用。随后，将作为支持物的二氧化钛(TiO₂)与所述水性钒前体溶液充分混合，干燥，然后煅烧以制备V/TiO₂催化剂。该方法通常用于制备工业催化剂，因为可以容易地调节钒(V)的含量，并且可以大量制备V/TiO₂催化剂。

然而，暴露在表面上的受支持的(或湿浸渍的)活性材料的状态视多种因素而大幅变化，所述因素包括该钒前体的溶解度、所述水性钒前体溶液的pH，以及干燥和煅烧条件，这些因素导致所获催化剂的性能变化。具体而言，制备所述水性钒前体溶液是很困难的。即，必须对水加热以增加偏钒酸铵的溶解度，必须添加草酸((COOH)₂)，并且必须添加中和剂以调节该水性钒前体溶液的pH。换言之，需要许多操作和添加剂。此外，需要大量能源以混合所述水性钒前体溶液和二氧化钛。当所述水性溶液中的水量大时，钒均匀地分布在二氧化钛的表面上以增加分散性，但在干燥该水性溶液时需要大量的热量。相反地，当所述水性前体溶液中的水量小时，在干燥该水性前体溶液时需要小量的热量，但需要充分的时间以实现均匀分散，因为二氧化钛不易与前体混合。此外，当使二氧化钛与所述水性前体溶液混合时，所述混合物的粘度根据水量发生改变，从而影响了搅拌器的电功率。如此，在湿浸渍法中，由于粉末状原料经湿混合、干燥然后煅烧，需要供给纯水的设备和用于蒸发所述纯水的干燥设备。而且，还需要用于制备水性钒前体溶液的设备，因而增加了生产成本。此外，当煅烧催化剂时，从添加剂(包括偏钒酸铵)形成各种副产物，因此需要处理所述副产物的设备。

为解决上述问题，在本发明中，通过球磨法制备脱氮催化剂。自从球磨法在1960年被用来生产氧分散镍合金以来，该法已被用于合成多种稳定或准稳定(quasi-stable)的材料，包括结晶和准结晶(quasi-crystalline)无定形合金。例如，日本专利号2824507公开了一种通过在研磨容器中球磨钛粉和铝粉来制备基于钛-铝的金属间化合物粉末的方法，所述粉末作为抗光热材料使用。