[发明专利]一种二氧化钛基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二氧化钛基催化剂及其制备方法和应用，该制备方法包括：将硫酸氧钛、五氯化铌、尿素、十二烷基苯磺酸钠与水混合，然后反应，反应结束冷却后，将沉淀经过离心、洗涤、干燥和煅烧，得到钛铌二元氧化物载体；将钛铌二元氧化物载体与硝酸铜水溶液混合，然后超声、搅拌、干燥，之后煅烧，得到二氧化钛基催化剂。本发明制备方法，制备简单，易于操作和实施。本发明制备的二氧化钛基催化剂可应用于氨气选择性催化还原氮氧化物，该催化剂具有高的氮氧化物还原能力和氮气选择性、反应活性窗口宽，同时具有高的抗二氧化硫中毒性能和水热稳定性，并具有经济性、环境友好、易于工业化的优点。

技术领域

本发明涉及二氧化钛基催化剂技术领域，具体涉及一种二氧化钛基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

煤炭作为我国最主要的一次能源，被广泛应用于电力和热力生产过程中。然而，煤炭、石油等化石燃料的燃烧会产生大量的氮氧化物(NO_x)、二氧化硫(SO₂)以及细小颗粒物等污染环境的物质。其中，NO_x排放到空气中会造成酸雨、光化学烟雾、近地面臭氧层浓度增加等系列环境问题。同时，NO_x也是导致近年来日趋严重的雾霾现象的污染物之一。越来越严重的环境污染阻碍我国经济发展的同时对国民健康造成威胁。我国“十三五”规划倡导绿色理念为发展基调，明确指出，到2020年，氮氧化物排放量较2015年减少15％。因此，NO_x的排放控制刻不容缓。

目前，NO_x的脱除和控制技术得到了大量的研究，主要包括：选择性催化还原法、选择性非催化还原法、微生物法、吸附法、吸收法、等离子体法等。氨气选择性催化还原氮氧化物法(NH₃-SCR)由于脱硝效率高、二次污染小、技术成熟，在工业中得到广泛应用。该方法利用氨气作为还原剂，氧气参与反应，将烟气中的氮氧化物在催化剂的作用下选择性催化还原为氮气。其中，催化剂是NH₃-SCR法中的关键因素，直接影响烟气的脱硝效果。SCR催化剂可以分为钒系催化剂、金属氧化物催化剂、贵金属催化剂、分子筛催化剂等。钒系催化剂中的钒钨钛(钒钼钛)催化剂是最为成熟的商业脱硝催化剂，被普遍应用于燃煤火电厂、工业炉窖等固定源烟气脱硝处理过程中。含钒催化剂催化活性和氮气选择性高、抗硫中毒性能好。但是，活性组分元素钒在高温条件下易于挥发，降低催化剂活性的同时对环境和人体有毒害作用。

另外，贵金属催化剂由于具有较好的低温活性，早在20世纪70年代受到多数研究人员的关注，该类催化剂的主要活性成分为Pt、Pd、Rh等贵金属。但是，催化剂的成本昂贵，易于受到烟气中其他成分的影响而中毒，限制了进一步的工业应用。同时，具有SCR活性的分子筛催化剂主要有ZSM系列、SSZ系列、X型和Y型，通过离子交换在上面负载Fe、Mn、Cu、Co、Ce等活性组分。然而，分子筛催化剂在高温水热条件下容易发生脱铝现象，分子筛骨架坍塌，导致催化剂活性迅速下降。

因此，开发氮氧化物脱除效率高，氮气选择性好，高活性窗口宽，抗水、抗硫性能优异、抗碱金属中毒能力强、环境友好而又经济可取的新型催化剂，对控制氮氧化物排放、改善大气环境具有重要的现实意义。

发明内容

本发明提供了一种二氧化钛基催化剂及其制备方法和应用，该二氧化钛基催化剂用于氨气选择性催化还原氮氧化物，具有高效、抗水热稳定性和抗二氧化硫中毒性能良好且环境友好等特点。

这种二氧化钛基催化剂，主要由Cu、Nb、Ti、O四种元素组成，共沉淀法合成TiO₂-Nb₂O₅催化剂载体，浸渍法制备CuO/TiO₂-Nb₂O₅催化剂。