[发明专利]一种用于净化燃煤烟气中有机废气的贵金属复合钒钛催化剂及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种用于净化燃煤烟气中有机废气的贵金属复合钒钛催化剂的制备方法，其特征在于，在除去氮气的去离子水中，加入贵金属与甲醇，持续搅拌下，将活性组分贵金属和助剂负载于TiO₂上，最后离心洗涤获得贵金属复合钒钛催化剂；所述助剂包括钒、钨或钼、钛；所述贵金属包括铂、钯或者铑；

所述贵金属和助剂之间的添加量满足：贵金属的添加量为0.1～1wt％，钒的添加量为1～5wt％，钼的添加量为1～10wt％，钨的添加量为1～10wt％。

2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，在除去氮气的去离子水中，将偏钒酸铵、钨酸铵或钼酸铵，加入草酸后，再加入氯铂酸与甲醇，负载于TiO₂上，得到用于净化燃煤烟气中NO_X与有机废气的贵金属复合钒钛催化剂。

3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，首先将偏钒酸铵或钼酸铵，加入草酸后，负载于TiO₂上，制备得到钒钛催化剂；然后在除去氮气的去离子水中再加入氯铂酸，第二次浸渍得到用于净化燃煤烟气中有机废气的贵金属复合钒钛催化剂。

4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，首先将堇青石蜂窝陶瓷在负载前进行超声处理20～90min，然后在100～120℃温度下干燥3～9h，转移至马弗炉中在400～600℃温度下煅烧3～6h，以去除吸附的各种杂质；将贵金属前驱体、偏钒酸铵、钨酸铵溶解于去离子水中，充分搅拌溶解后，将TiO₂粉末和硅溶胶加入上述溶液中，加入HCl调节pH为3-5，搅拌后形成稳定的浆液，将堇青石样品块浸渍于上述浆液中超声5～30min负载浆液，然后吹扫残余悬浮液，在基体表面形成均匀的薄膜，100～150℃温度下干燥3～6h；然后重复上述浸渍过程直到负载量20％～50％；最后将样品块在马弗炉中于在400～600℃下煅烧3～6h而得。

5.根据权利要求1所述的一种用于净化燃煤有机废气的贵金属复合催化剂的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：

(1)贵金属前驱体的溶解：

在除去氮气的去离子水中加入贵金属前驱体，超声后继续恒温强力搅拌，制备成前驱体溶液；所述贵金属前驱体包括氯铂酸、氯化铂或氯化钯；

(2)TiO₂的制备：

将乙醇和氨水混合，得到溶液A，将钛酸四丁酯和乙醇混合，得到溶液B，溶液A和溶液B同时在室温下超声搅拌10～30min，后将溶液B逐滴加入溶液A中，得到溶液C，所述溶液A中乙醇体积为30～50mL；所述溶液A中氨水体积为1～3mL；所述溶液B中钛酸四丁酯体积为3～8mL；所述溶液B中乙醇体积为10～30mL，室温下超声搅拌后转移至聚四氟乙烯反应釜内胆中，最后将聚四氟乙烯反应釜内胆放入高压反应釜中，水热反应，自然冷却后，将沉淀物利用乙醇离心洗涤、真空干燥、研磨后，得到锐钛矿TiO₂纳米颗粒；

(3)钒钛催化剂的制备：

将铵盐助剂加入去离子水充分混合，超声后置于集热式恒温磁力搅拌器中恒温充分搅拌使其溶解，在搅拌状态下加入草酸前驱体，超声后继续恒温强力搅拌，制备成混合前驱体溶液；将作为催化剂载体的步骤(2)得到的锐钛矿TiO₂纳米颗粒在真空干燥箱中干燥后取出，冷却至室温待用；所述TiO₂质量为1～10g；在搅拌状态下加入上述烘干的载体的TiO₂，继续恒温强力搅拌至蒸干，经真空干燥箱干燥、研磨、煅烧后，得到钒钛催化剂粉末催化剂，备用；所述铵盐助剂为钨酸铵或钼酸铵；

(4)原位光还原制备贵金属复合钒钛粉末催化剂：

在除去氮气的去离子水中加入步骤(3)得到的烘干的钒钛催化剂纳米颗粒，超声后继续恒温强力搅拌，滴加(1)中的贵金属前驱体，最终使催化剂上铂的负载量为0.1wt％～1wt％的，滴加甲醇，使溶液中甲醇体积分数为10％～25％的，使用氙灯作为光源，持续搅拌下照射小时，得到还原后的催化剂；将还原后的催化剂离心洗涤，经真空干燥箱干燥、研磨，得到贵金属复合催化剂；将粉末催化剂在压片机设定压强下压片，过筛，得40-60目的催化剂；

(5)一步浸渍法制备贵金属复合钒钛粉末催化剂：

将铵盐助剂加入去离子水充分混合，超声后置于集热式恒温磁力搅拌器中恒温充分搅拌使其溶解，在搅拌状态下加入草酸前驱体，超声后继续恒温强力搅拌，制备成混合前驱体溶液；将作为催化剂载体的步骤(2)得到的锐钛矿TiO₂纳米颗粒在真空干燥箱中干燥后取出，冷却至室温待用；在搅拌状态下加入上述烘干的载体的TiO₂，接着再滴加(1)中的贵金属前驱体，最终使催化剂上铂的负载量为0.1wt％～1wt％的，滴加甲醇，使溶液中甲醇体积分数为10％～25％的，继续恒温强力搅拌至蒸干，经真空干燥箱干燥、研磨，再经过马沸炉煅烧后，得到钒钛催化剂粉末催化剂，将粉末催化剂在压片机设定压强下压片，过筛，得40-60目的催化剂；所述铵盐助剂为钨酸铵或钼酸铵；

(6)两步浸渍法制备贵金属复合钒钛粉末催化剂：

在除去氮气的去离子水中加入步骤(3)得到的烘干的钒钛催化剂纳米颗粒，超声后继续恒温强力搅拌，滴加(1)中的贵金属前驱体，最终使催化剂上铂的负载量为0.1wt％～1wt％的，滴加甲醇，使溶液中甲醇体积分数为10％～25％的，继续恒温强力搅拌至蒸干，经真空干燥箱干燥、研磨，再经过马沸炉煅烧后，得到钒钛催化剂粉末催化剂，将粉末催化剂在压片机设定压强下压片，过筛，得40-60目的催化剂；

(7)贵金属复合钒钛整体式催化剂制备：

将堇青石蜂窝陶瓷切割成直径为25～100mm，高为8～100mm的样品块，超声处理后干燥、煅烧，以去除吸附的各种杂质，用硝酸沸煮10～30min，然后用蒸馏水洗涤至洗涤液pH为中性；用空气压缩机吹脱残液，将载体干燥、煅烧，以去除催化剂表面吸附的杂质并改造催化剂表面形貌；

将贵金属前驱体、偏钒酸铵和钨酸铵在60℃下溶解于60mL去离子水中，充分搅拌溶解后，将步骤(2)得到的锐钛矿TiO₂纳米颗粒加入上述溶液中(或者直接将(4)、(5)、(6)粉末催化剂在60℃下溶解于60mL去离子水中)；加入HCl调节pH为4左右，搅拌后形成稳定的催化剂浆液；

将堇青石样品块浸渍于上述催化剂浆液中超声负载,然后用空气吹扫残余悬浮液，在基体表面形成均匀的薄膜，干燥；然后重复上述浸渍过程直到达到理想负载量；最后将样品块在马弗炉中煅烧，得到整体式催化剂。