[发明专利]一种铈锆钨复合氧化物催化剂、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂，具体涉及一种用于催化净化氮氧化物的铈锆钨复合氧化物催化剂，特别涉及一种用于以柴油车尾气为代表的移动源和以燃煤电厂烟气为代表的固定源氮氧化物催化净化的铈锆钨复合氧化物催化剂。

背景技术

随着全球石油资源日趋短缺，CO₂减排压力增大，燃油经济性好和动力性强的柴油车越来越受到重视，全球车用动力“柴油化”趋势已日益明显。但与装有技术相对成熟的三效催化剂的汽油车相比，采用稀薄燃烧(lean burn)技术的柴油车尾气中的NO_x和PM成为制约其推广应用的瓶颈。

以NH₃或尿素为还原剂在催化剂的作用下选择性还原NO_x生成无毒无害的N₂和H₂O，即NH₃-SCR技术，是去除固定源和移动源NO_x最为有效的技术之一。将NH₃-SCR技术应用于固定源NO_x的催化去除是20世纪70年代在日本首先发展起来的，并在美国以及欧洲等国家和地区被广泛应用。在移动源NO_x催化去除过程中，由于配备NH₃储罐存在一定的危险性，而将还原剂NH₃更换成安全性更高的尿素溶液，其NO_x去除原理与NH₃-SCR技术基本相同，只是增加了尿素的水解过程。工业化应用的NH₃-SCR催化剂通常是含有毒物质钒（V）的V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂催化剂。在其使用过程中V会发生脱落进而进入到环境中，进而危害人体健康。同时，该催化剂体系具有操作温度窗口较窄、易催化烟气中的SO₂转化为SO₃等缺点。因此，发达国家已经淘汰或正在逐步淘汰该催化剂体系在机动车上的应用。虽然我国目前还允许其生产和使用，但随着环境保护要求的提高和技术的进步，含V催化剂必将被淘汰。

因此，开发新型具有高NH₃-SCR活性、宽操作温度窗口、适应高空速环境、无毒无害的非钒催化剂体系用于以柴油车尾气为代表的移动源和以燃煤电厂烟气为代表的固定源NO_x的催化消除，具有非常重要的环保意义。本申请人的在先申请CN101785994A公开了一种具有优异催化性能的铈钛氧化物催化剂，在此基础上，本申请人的在先申请CN102302930A采用过渡金属掺杂等手段，同时提高了其低温和高温SCR活性及N₂生成选择性，并明显改善了其耐高空速性能。在系统研究了过渡金属钨在催化剂中所发挥作用的基础上，本申请人的在先申请CN102000560A首次开发出了新型的铈钨氧化物催化剂，该催化剂可以在很宽的操作温度窗口内实现100%的NO_x转化率和N₂生成选择性，同时具有优异的耐高空速性能、高温热稳定性和抗中毒能力。

发明内容

针对现有NH₃-SCR催化剂存在的不足，为了解决金属氧化物催化剂体系操作温度窗口窄、低温活性差、N₂选择性低、对反应空速敏感等缺点，本发明首次提供了一种铈锆钨复合氧化物催化剂，与本申请人的在先申请相比，该催化剂的催化活性以及抗高温烧结能力明显提高，可用作以柴油车尾气为代表的移动源和以燃煤电厂烟气为代表的固定源NO_x催化净化，优选用于柴油车尾气的NO_x催化净化，拓宽了NH₃-SCR催化剂的可选择范围。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于催化净化氮氧化物的铈锆钨复合氧化物催化剂，所述催化剂为氧化铈、氧化锆和氧化钨组成的金属复合氧化物，其中，铈（Ce）和锆（Zr）元素的摩尔比为0.1～10.0，铈（Ce）和钨（W）元素的摩尔比为0.1～10.0。

所述铈锆钨复合氧化物催化剂中，所述复合氧化物催化剂包括铈（Ce）、锆（Zr）和钨（W）三种金属组分，Ce、Zr和W元素在复合氧化物催化剂中均以氧化物态存在，即CeO_x-ZrO_x-WO_x。本发明发现，所述Ce、Zr和W的氧化物在复合氧化物催化剂中形成固溶体。