金属氧化物-钒酸盐/TiO2催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及烟气脱硝脱汞领域，公开了金属氧化物‑钒酸盐/TiO2催化剂及其制备方法和应用，该催化剂包括：TiO2和负载在该TiO2上的金属氧化物与钒酸盐，负载在所述TiO2上的钒酸盐和金属氧化物由钒源和金属盐形成，且所述钒酸盐的阳离子由所述金属盐中的金属元素提供。本发明专利技术提供的金属氧化物‑钒酸盐/TiO2催化剂能够用于燃煤烟气中NOx和汞的高效率脱除，特别是针对NOx和Hg

【技术实现步骤摘要】
金属氧化物-钒酸盐/TiO2催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及烟气脱硝脱汞领域，具体涉及一种金属氧化物-钒酸盐/TiO2催化剂、一种制备金属氧化物-钒酸盐/TiO2催化剂的方法以及由该方法制备得到的金属氧化物-钒酸盐/TiO2催化剂以及金属氧化物-钒酸盐/TiO2催化剂在烟气脱硝脱汞中的应用。
技术介绍
NOx是造成区域性灰霾、酸雨、光化学烟雾等的重要前体物，是主要的城市大气污染物之一。汞因具有极强的挥发性、持久性、剧毒性以及生物富集效应，也越来越受到国际社会的关注。加强燃煤NOx及汞的控制迫在眉睫。世界各国对NOx和汞的排放制定了越来越严格的标准，2011年7月29日，我国环境保护部发布的《火电厂大气污染物排放标准》(GBl3223-2011)规定，自2015年1月1日起燃煤锅炉汞及其化合物排放量限制为30μg/m3。此外，2014年8月23日，国家发改委、环保部、国家能源局三部委联合下发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014～2020年)》对燃煤机组排放提出新要求，要求范围内的机组NOx排放量低于50mg/Nm3。这无疑对烟气脱硝脱汞技术有了更严格的要求，势必会提高火力发电的成本。因此，为了降低成本，利用现有的污染物控制装置进行多种污染物的联合脱除是最经济有效的方法。燃煤烟气中的汞通常以单质汞(Hg0)、二价汞(Hg2+)和颗粒态汞(Hgp)三种形态存在。Hgp和Hg2+很容易通过燃煤电厂现有的除尘和湿法烟气脱硫装置(WFGD)去除。而Hg0挥发性高、水溶性低，是大气环境中相对稳定的形态，难以脱除。因此，如何高效的将燃煤烟气中Hg0形态转化为易脱除的Hg2+形态，从而利用现有污染物控制设备脱除汞，成为当前的研究热点。目前，商业SCR催化剂主要采用钒基催化体系，具有优异的脱硝活性、热稳定和抗SO2中毒性能。同时，其对Hg0的氧化也有一定的促进作用。因此，从长远的角度而言，研究和开发一种脱硝脱汞催化剂，将NOx选择性还原为N2，同时将Hg0氧化为水溶性较好Hg2+，再通过WFGD进行联合脱除，非常契合目前燃煤电厂脱硝-静电除尘-湿法脱硫的装置布局，是一种十分经济合理的技术手段，可广泛应用于燃煤烟气的净化中。此外，多种过渡金属例如CuO/CeO2-TiO2、Fe2O3/γ-Al2O3等也应用于Hg0的氧化，但由于经济和技术等多方面的问题，制约了上述催化剂在实际工业中的应用。因此，如何将钒基SCR催化剂与过渡金属结合起来，对于实现燃煤烟气多污染物联合脱除，具有重要的意义。CN102989467A公开了一种可用于固定源和移动源NH3-SCR的氧化钛负载型钒酸铁催化剂，其结合了钒基和铁基催化剂的优点，具有优异的活性、选择性、热稳定性和抗SO2中毒性能。CN105771967A涉及一种金属氧化物-钒酸盐/凹凸棒土催化剂，由金属氧化物TOx与钒酸盐RVO4共同负载于凹凸棒土ATP制备而成。所述的金属氧化物TOx中的T为Ce、Zr或Mn，所述的钒酸盐RVO4中的R为Ce、Mn或Fe。该现有技术将金属氧化物与钒酸盐共同负载于粘土材料凹凸棒土并用于烟气脱硝脱汞以及染料废水脱色。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够用于燃煤烟气中NOx和汞的高效率脱除，特别是针对NOx和Hg0的高效率脱除的金属氧化物-钒酸盐/TiO2催化剂。现有技术CN105771967A中涉及一种金属氧化物-钒酸盐/凹凸棒土催化剂，并且该现有技术教导说金属氧化物负载在二氧化钛、二氧化硅以及活性炭等载体上以制备脱汞催化剂时，这类催化剂容易中毒，难以再生且成本高。本专利技术的专利技术人在研究中发现，通过使用二氧化钛作为载体并且在该载体上负载钒酸盐以及金属氧化物，负载在所述TiO2上的钒酸盐和金属氧化物由钒源和金属盐形成，并且控制以钒元素计的所述钒源和以金属元素计的金属盐的用量摩尔比为1：(0.1～15)时，由此获得的催化剂能够稳定地实现对燃煤烟气中NOx和汞的高效率脱除。基于此，完成了本专利技术的技术方案。为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供一种金属氧化物-钒酸盐/TiO2催化剂，包括：TiO2和负载在该TiO2上的金属氧化物与钒酸盐，负载在所述TiO2上的钒酸盐和金属氧化物由钒源和金属盐形成，且所述钒酸盐的阳离子由所述金属盐中的金属元素提供，以钒元素计的所述钒源和以金属元素计的金属盐的用量摩尔比为1：(0.1～15)，所述金属盐为由选自Ce、Co、Fe和La中的一种或两种以上的元素形成的盐。第二方面，本专利技术提供一种制备金属氧化物-钒酸盐/TiO2催化剂的方法，包括：(1)配制含有钒源和金属盐的混合溶液，所述钒源以钒元素计的用量与所述金属盐以其中含有的金属元素计的用量摩尔比为1：(0.1～15)；(2)将含有TiO2的载体浸渍在步骤(1)得到的混合溶液中；(3)将步骤(2)得到的浆料进行干燥；(4)将步骤(3)得到的中间体进行焙烧，其中，所述金属盐为由选自Ce、Co、Fe和La中的一种或两种以上的元素形成的盐。第三方面，本专利技术提供由第二方面所述的方法制备得到的金属氧化物-钒酸盐/TiO2催化剂。第四方面，本专利技术提供第一方面和第三方面所述的金属氧化物-钒酸盐/TiO2催化剂在烟气脱硝脱汞中的应用。本专利技术提供的金属氧化物-钒酸盐/TiO2催化剂能够用于燃煤烟气中NOx和汞的高效率脱除，特别是针对NOx和Hg0具有很高的脱除效率。本专利技术能够在不增加燃煤电厂烟气净化设施的前提下，实现对NOx和Hg0的同时且高效率脱除。此外，本专利技术提供的催化剂具有热稳定好，优异的抗H2O和抗SO2中毒性能，制备工艺简单、成本低等优点。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。首先，如前所述，本专利技术提供了一种金属氧化物-钒酸盐/TiO2催化剂，包括：TiO2和负载在该TiO2上的金属氧化物与钒酸盐，负载在所述TiO2上的钒酸盐和金属氧化物由钒源和金属盐形成，且所述钒酸盐的阳离子由所述金属盐中的金属元素提供，以钒元素计的所述钒源和以金属元素计的金属盐的用量摩尔比为1：(0.1～15)，所述金属盐为由选自Ce、Co、Fe和La中的一种或两种以上的元素形成的盐。在本专利技术中，为了使得得到的催化剂中同时含有金属氧化物和钒酸盐，优选以钒元素计的所述钒源和以金属元素计的金属盐的用量摩尔比不为1。更优选地，以钒元素计的所述钒源和以金属元素计的金属盐的用量摩尔比为1：(0.5～5)。优选情况下，在金属氧化物-钒酸盐/TiO2催化剂中，以所述催化剂的总重量为基准，所述金属氧化物的含量为大于0且小于等于15重量％，更优选为1～5重量％；所述钒酸盐的含量为0.2～5重量％，更优选为0.5～2重量％。根据一种优选的具体实施方式，所述钒酸盐为FeVO4，且所述金属氧化物为Fe2O3。由此形成的金属氧化物-钒酸盐/TiO2催化剂对NOx和Hg0的脱除效率更高。优选情况下，当所述钒酸盐为FeVO4，且所述金属氧化物为Fe2O3时，以钒元素计的所述FeVO4和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属氧化物‑钒酸盐/TiO2催化剂，包括：TiO2和负载在该TiO2上的金属氧化物与钒酸盐，负载在所述TiO2上的钒酸盐和金属氧化物由钒源和金属盐形成，且所述钒酸盐的阳离子由所述金属盐中的金属元素提供，以钒元素计的所述钒源和以金属元素计的金属盐的用量摩尔比为1：(0.1～15)，所述金属盐为由选自Ce、Co、Fe和La中的一种或两种以上的元素形成的盐。

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物-钒酸盐/TiO2催化剂，包括：TiO2和负载在该TiO2上的金属氧化物与钒酸盐，负载在所述TiO2上的钒酸盐和金属氧化物由钒源和金属盐形成，且所述钒酸盐的阳离子由所述金属盐中的金属元素提供，以钒元素计的所述钒源和以金属元素计的金属盐的用量摩尔比为1：(0.1～15)，所述金属盐为由选自Ce、Co、Fe和La中的一种或两种以上的元素形成的盐。2.根据权利要求1所述的催化剂，其中，以所述催化剂的总重量为基准，所述金属氧化物的含量为大于0且小于等于15重量％，所述钒酸盐的含量为0.2～5重量％。3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其中，所述钒酸盐为FeVO4，且所述金属氧化物为Fe2O3。4.根据权利要求3所述的催化剂，其中，以钒元素计的所述FeVO4和以Fe元素计的所述Fe2O3的含量摩尔比为1：(1.5～6)；优选为1：(2～4)。5.根据权利要求1所述的催化剂，其中，所述钒源选自偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、正钒酸钠和焦钒酸钠中一种或两种以上；优选地，所述钒源为偏钒酸铵。6.一种制备金属氧化物-钒酸盐/TiO2催化剂的方法，包括：(1)配制含有钒源和金属盐的混合溶液，所述钒源以钒元素计的用量与所述金属盐以其中含有的金属元素计的用量摩尔比为1：(0.1～15)；(2)将含有TiO2的载体浸渍在步骤(1)得到的混合溶液中；(3)将步骤(2)得到的浆料进行干燥；(4)将步骤(3)得到的中间体进行焙烧，其中，所述金属盐为由选...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红妍，王宝冬，孙琦，徐文强，林德海，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11