本发明专利技术涉及一种具备高储NH3能力的SCR催化剂及其制备方法，催化剂采用堇青石蜂窝陶瓷为载体，在载体的孔道内壁上涂覆有内涂层和外涂层，内涂层组分为硅钛复合氧化物或硅铝复合氧化物；外涂层组分为钒氧化物及钛钨复合氧化物负载材料，内涂层、外涂层均以硅溶胶为粘结剂，按照先内后外的顺序涂覆到堇青石蜂窝陶瓷载体上，涂覆量分别为80~100 g/L和120~150 g/L。本发明专利技术制备方法简单，易于操作，采用硅钛复合氧化物或硅铝复合氧化物制成催化剂的内涂层具有较高的NH3存储性能，能够实现在排气环境中低NH3供给状态下对外涂层反应所需还原剂NH3的充足输入，进而提高SCR催化剂在WHTC冷启动阶段的NOx转化效率，同时也能够降低实车应用中低排温环境下的NOx排放。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具备高储NH3能力的SCR催化剂及其制备方法，属于催化剂制备
技术介绍
尿素-选择性催化还原(Urea-SCR，selective catalytic reduction)是目前最有效的柴油机尾气NOx处理技术之一。该技术采用32.5％的尿素水溶液为还原剂，在尾气高温作用下尿素溶液水解生成NH3，在催化剂的作用下NH3与尾气中的NOx发生氧化还原反应，最终生成无害的N2和H2O排出，实现NOx的有效净化。由于尿素一般需要在200℃以上温度才能完全水解生成NH3，因此，在SCR系统中尿素溶液的起喷温度也常设置在200℃以上。但在国V阶段，《城市车辆用柴油发动机排气污染物排放限值及测量方法(WHTC工况法)》法规的实施对SCR系统的低温NOx转化效率提出了更高的要求。WHTC冷启动测试循环中，约有40％的测试时间发动机排温低于200℃，即低于尿素溶液的起喷温度，尿素不喷射；而且有约75％的测试时间发动机排温低于300℃，不利于尿素的水解反应。上述因素会导致SCR反应中所需的还原剂NH3总量减少，进而影响了SCR系统对NOx的转化效率。针对WHTC冷启动发动机排温过低的问题，目前常规的解决方案有以下两种：(1)降低SCR系统尿素起喷温度。为应对冷启动NOx处理，通常会将尿素溶液起喷温度下降至约180℃，尽可能的增加WHTC测试循环中尿素喷射时间。但低温喷射尿素会引起尿素结晶问题，且尿素水解率也不高，对NOx转化效率提升效果有限；(2)排气管路及封装箱体的保温措施。SCR催化剂封装箱体采用双层筒体抽真空设计，以提升保温效果，但会导致封装成本的大幅上升；排气管路包裹保温棉以减小温度损失，但效果有限。SCR催化剂作为SCR系统的核心部件，其担负着催化NOx与NH3反应的功能，由于SCR反应过程是NH3首先吸附在催化剂活性位表面，然后再与NOx发生氧化还原反应。因此，催化剂本身也具有一定的NH3存储能力。研究表明在国IV/V阶段广泛应用的商业钒基SCR催化剂，其在200℃的NH3存储量可达约0.4g/L；而在欧VI阶段广泛应用的铜分子筛催化剂，其在200℃的NH3存储量可达约2.0g/L。但分子筛催化剂价格高昂，且耐硫性差，不适合国V阶段的应用；而目前钒基催化剂NH3存储量仍偏低，对于在无还原剂NH3加入情况下的NOx转化率提升效果有限。因此，如能提升钒基催化剂的NH3存储能力，则可使催化剂在没有尿素喷射的情况下，利用其本身存储的大量NH3与发动机尾气中的NOx发生反应，达到显著降低WHTC冷启动测试NOx排放值的效果。同时，在实车应用中，高NH3存储能力的催化剂也可大幅降低发动 机在启动阶段且尿素喷射系统低于正常工作温度状态时的尾气NOx排放，减少大气污染。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有钒基SCR催化剂在WHTC测试冷启动阶段由于NH3存储量偏低而导致NOx转化效率偏低的问题，提供了制备方法简单易于操作的具备高储NH3能力的SCR催化剂及其制备方法。本专利技术采用如下技术方案：一种具备高储NH3能力的SCR催化剂，以堇青石蜂窝陶瓷为载体，在载体的孔道内壁上涂覆有催化涂层，所述催化剂涂层包括紧贴载体孔道内壁的内涂层、内涂层上层的外涂层，所述内涂层的涂覆量为80～100g/L，所述内涂层组分为硅钛复合氧化物或硅铝复合氧化物；所述外涂层的涂覆量为120～150g/L，外涂层组分为钒氧化物和钛钨复合氧化物负载材料，所述内涂层和外涂层采用粘结剂附着在载体上。进一步的，所述内涂层的组分硅钛复合氧化物中，二氧化硅与二氧化钛的质量比为0.67～1.5:1。进一步的，所述内涂层的组分硅铝复合氧化物中，二氧化硅与三氧化二铝的质量比为0.67～1.5:1。进一步的，所述外涂层中钒氧化物与钛钨复合氧化物负载材料的质量比为0.03～0.06:1。进一步的，所述外涂层中钛钨复合氧化物负载材料中，三氧化钨与二氧化钛的质量比为0.05～0.15:1。进一步的，所述粘结剂为氧化硅，所述粘结剂与内涂层、外涂层的质量比均为0.1～0.15:1。具备高储NH3能力的SCR催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)内涂层硅钛复合氧化物的制备：将钛酸四丁酯、三乙醇胺和硅溶胶按质量比1：1：0.52～1.17混合，将上述混合物加入乙醇水溶液形成混合溶液，然后加入吐温80，将混合液进行旋转蒸发，蒸干水分得到固体粉末，最后将固体粉末焙烧得到硅钛复合氧化物；(2)内涂层硅铝复合氧化物的制备：将硅溶胶和铝溶胶按质量比0.45～1:1混合，铝溶胶的质量分数为20-25％，将上述混合物加入乙醇水溶液形成混合溶液，然后加入吐温80，将混合液进行旋转蒸发蒸干水分得到固体粉末，最后将固体粉末焙烧得到硅铝复合氧化物；(3)外涂层钛钨复合氧化物负载材料的制备：将钛酸四丁酯、三乙醇胺和仲钨酸铵按质量比1：1：0.014～0.043混合，将上述混合物加入乙醇水溶液形成混合溶液，然后加入吐温80，将混合液进行旋转蒸发蒸干水分得到固体粉末，最后将固体粉末焙烧得到钛钨复合氧化物负载材料；(4)内涂层浆液的制备：将步骤(1)制备的硅钛复合氧化物或步骤(2)制备的硅铝复合氧化物与硅溶胶按质量比2～3:1混合，并加入去离子水，形成悬浊液，调节去离子水加入量，使悬浊液中固体物质质量分数为30～40％，对悬浊液球磨，控制颗粒度D90小于5um，即得内涂层浆液；(5)外涂层浆液的制备：将步骤(3)制备的钛钨复合氧化物负载材料、钒源和硅溶胶按质量比1：0.038～0.077：0.11混合，并加入去离子水，形成悬浊液，调节去离子水加入量，使悬浊液中固体物质的质量分数为30～40％，对悬浊液球磨，控制颗粒度D90小于5um，即得外涂层浆液；(6)内涂层浆液的涂覆焙烧：取堇青石蜂窝陶瓷载体，浸泡于步骤(4)制备的浆液中，停留5～20s，随后以50～100mm/s的速度抽出，用0.4～0.6MPa的高压空气将载体表面多余的浆液吹走，将涂覆好的蜂窝陶瓷载体置于100～120℃下烘干1～3h，然后在400～500℃焙烧2～4h，重复若干次至涂覆到蜂窝载体上的内涂层量达到80～100g/L；(7)外涂层浆液的涂覆焙烧：取步骤(6)制备完成的堇青石蜂窝陶瓷载体，浸泡于步骤(5)制备的浆液中，停留5～20s，随后以50～100mm/s的速度抽出，用0.4～0.6MPa的高压空气将载体表面多余的浆液吹走，将涂覆好的蜂窝陶瓷载体置于100～120℃下烘干1～3h，然后在400～500℃焙烧2～4h，重复若干次至涂覆到蜂窝载体上的外涂层量达到120～150g/L，完成催化剂的制备。进一步的，所述步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)中在混合物中加入质量分数为50％的乙醇水溶液形成混合液，乙醇水溶液的加入量与混合物的质量比为1:1，然后加入混合液总质量1～2％的吐温80，在rpm/mim转速下搅拌混合液6～10h，并将混合液于60～80℃下旋转蒸发4～8h，将水分蒸干得到固体粉末，将所得固体粉末在100～120℃下烘干2～3h，最后在400～500℃下焙烧3～6h。进一步的，所述步骤(5)中的钒源为偏钒酸铵。进一步的，所述步骤(1)、步骤(2)、步骤(4)和步骤(5)中硅溶本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具备高储NH3能力的SCR催化剂，其特征在于：以堇青石蜂窝陶瓷为载体，在载体的孔道内壁上涂覆有催化涂层，所述催化剂涂层包括紧贴载体孔道内壁的内涂层、内涂层上层的外涂层，所述内涂层的涂覆量为80~100 g/L，所述内涂层组分为硅钛复合氧化物或硅铝复合氧化物；所述外涂层的涂覆量为120~150 g/L，外涂层组分为钒氧化物和钛钨复合氧化物负载材料，所述内涂层和外涂层采用粘结剂附着在载体上。
【技术特征摘要】
1.一种具备高储NH3能力的SCR催化剂，其特征在于：以堇青石蜂窝陶瓷为载体，在载体的孔道内壁上涂覆有催化涂层，所述催化剂涂层包括紧贴载体孔道内壁的内涂层、内涂层上层的外涂层，所述内涂层的涂覆量为80~100 g/L，所述内涂层组分为硅钛复合氧化物或硅铝复合氧化物；所述外涂层的涂覆量为120~150 g/L，外涂层组分为钒氧化物和钛钨复合氧化物负载材料，所述内涂层和外涂层采用粘结剂附着在载体上。2.如权利要求1所述的具备高储NH3能力的SCR催化剂，其特征在于：所述内涂层的组分硅钛复合氧化物中，二氧化硅与二氧化钛的质量比为0.67~1.5:1。3.如权利要求1所述的具备高储NH3能力的SCR催化剂，其特征在于：所述内涂层的组分硅铝复合氧化物中，二氧化硅与三氧化二铝的质量比为0.67~1.5:1。4.如权利要求1所述的具备高储NH3能力的SCR催化剂，其特征在于：所述外涂层中钒氧化物与钛钨复合氧化物负载材料的质量比为0.03~0.06:1。5.如权利要求1所述的具备高储NH3能力的SCR催化剂，其特征在于：所述外涂层中钛钨复合氧化物负载材料中，三氧化钨与二氧化钛的质量比为0.05~0.15:1。6.如权利要求1所述的具备高储NH3能力的SCR催化剂，其特征在于：所述粘结剂为氧化硅，所述粘结剂与内涂层、外涂层的质量比均为0.1~0.15:1。7.权利要求1所述的具备高储NH3能力的SCR催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）内涂层硅钛复合氧化物的制备：将钛酸四丁酯、三乙醇胺和硅溶胶按质量比1：1：0.52~1.17混合，将上述混合物加入乙醇水溶液形成混合溶液，然后加入吐温80，将混合液进行旋转蒸发，蒸干水分得到固体粉末，最后将固体粉末焙烧得到硅钛复合氧化物；（2）内涂层硅铝复合氧化物的制备：将硅溶胶和铝溶胶按质量比0.45~1:1混合，铝溶胶的质量分数为20-25%，将上述混合物加入乙醇水溶液形成混合溶液，然后加入吐温80，将混合液进行旋转蒸发蒸干水分得到固体粉末，最后将固体粉末焙烧得到硅铝复合氧化物；（3）外涂层钛钨复合氧化物负载材料的制备：将钛酸四丁酯、三乙醇胺和仲钨酸铵按质量比1：1：0.014~0.043混合，将上述混合物加入乙醇水溶液形成混合溶液，然后加入吐温80，将混合液进行旋转蒸发蒸干水分得到固体粉末，最后将固体粉末焙烧得到钛钨复合氧化物负载材料；（4）内涂层浆液的制备：将步骤（1）制备的硅...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙亮，张杰，赵九洲，莫俊杰，周钧，冯洁，杨金，王刚，陈正国，辛海峰，王燕，岳军，贾莉伟，
申请(专利权)人：无锡威孚环保催化剂有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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