本发明专利技术公开一种用于氮氧化物催化净化的铈基氧化物催化剂及其制备方法。所述催化剂是通过对制备过程中的pH值进行可控调节实现分步均匀沉淀，形成的具有分层结构的CeOx/MoO3-TiO2催化剂。本发明专利技术采用无毒无害的原料，通过简单易行的方法制备出具有催化活性优异、N2生成选择性高、操作温度窗口宽等特点的铈基氧化物催化剂，可以适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的氮氧化物催化净化装置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种催化剂、制备方法及其应用，特别是一种用于催化净化氮氧化物的铈基氧化物催化剂、制备方法及其应用。
技术介绍
氮氧化物(NOx，主要指NO和NO2)是主要的大气污染物之一，可以引发灰霾、光化学烟雾和酸雨等重大环境问题，还会对人体健康产生直接危害。因此，有效控制NOx的排放是环境保护领域面临的一个重大挑战。随着环保法规和标准的日趋严格，NH3选择性催化还原NOx(即NH3-SCR)技术被认为是目前最有应用前景的NOx净化的技术。催化剂是SCR反应系统的核心，催化剂的性能(包括活性、选择性、稳定性)等直接影响脱硝效率。尽管传统的V2O5-WO3/TiO2催化剂在固定源烟气脱硝领域用作商业SCR催化剂已有几十年，但因具有生物毒性、高温稳定性差、操作温度窗口较窄等缺点而在实际应用中仍受到限制。因此，开发稳定、高效、环境友好型催化剂成为NH3-SCR发展面临的一个新挑战。非钒基过渡金属(如Fe、Cu、Mn和Ce)氧化物催化剂被认为是钒基催化剂的潜在替代品，但该类催化剂在以NOx去除为目标的实际应用过程中仍存在许多问题：Mn基氧化物催化剂虽具有优异的低温SCR活性，但抗水抗硫性较差；Cu基催化剂存在操作温度窗口较窄且N2选择性较差等问题；Fe基氧化物催化剂在低温和高空速条件下活性较差。虽然Ce基氧化物催化剂的抗硫性和高温稳定性能有待进一步提高，但其中高温段SCR活性和N2选择性较高，且具有丰富的稀土资源属性，因此Ce基催化剂的改性在解决NH3-SCR催化剂实际应用上具有较强的研究价值。在早期的NH3-SCR催化剂研究中，Ce通常被用作NH3-SCR催化剂的助剂或载体，随着研究的深入，发现因为其具有优异的氧化-还原特性、氧气储存能力以及表面酸性等优点，CeO2同样可以作为NH3-SCR催化剂的活性组分。由于单纯的CeO2还原温度较高且高温易烧结，而不适合单独用作NH3-SCR催化剂。
技术实现思路
针对现有NH3-SCR催化剂存在的不足，以及轻稀土元素Ce的大量积压，本专利技术首次提供了一种将CeOx均匀分散到钼(Mo)钛(Ti)复合氧化物表面所形成的金属氧化物催化剂及其制备方法，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NOx催化净化。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种铈基氧化物催化剂，所述催化剂为金属氧化物催化剂CeOx/MoO3-TiO2，所述催化剂是将CeOx均匀分散到锆钛复合氧化物MoO3-TiO2表面形成。所述CeOx为Ce3+和Ce4+的混合氧化物，3/2<x<2。上述催化剂采用分步均匀沉淀法制备，其包括如下步骤：(1)配制铈源、钼源和钛源的混合溶液，在常温条件下搅拌均匀；(2)向溶液中加入缓释沉淀剂；(3)将溶液温度升高至65～95℃，并保持继续搅拌沉淀2～24h；(4)对溶液中的沉淀物进行分离和洗涤；(5)将所得固形物进行烘干和焙烧，得到所述CeOx/MoO3-TiO2催化剂。步骤(1)中，所述铈源选自硝酸铈、硝酸铈铵、氯化亚铈或硫酸铈中的至少一种。步骤(1)中，所述钼源选自钼酸铵或钼酸中的至少一种。步骤(1)中，所述钛源选自硫酸钛、四氯化钛或钛酸四丁酯中的至少一种。步骤(2)中，所述缓释沉淀剂选自碳酸铵、碳酸氢铵或尿素中的至少一种。步骤(2)中，所述缓释沉淀剂用量为铈源、钼源和钛源的总摩尔量的8～20倍。步骤(3)中，所述溶液温度优选80～90℃。步骤(3)中，所述搅拌沉淀时间优选6～12h。步骤(5)中，所述烘干温度为80～120℃，优选90～110℃。步骤(5)中，所述焙烧在空气气氛中进行，所述焙烧温度为400～800℃，优选500℃；所述焙烧时间为1～24h，优选4～6h。上述铈基氧化物催化剂的应用，将所述催化剂应用于催化净化气体中氮氧化物。该催化剂可以根据实际需要进行制浆，然后涂覆到各种蜂窝陶瓷载体上，制备成成型的催化剂进行使用，也可以通过挤压成型后进行使用。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)所述铈基氧化物催化剂的操作温度窗口宽，适用于机动车尾气温度变化幅度大的应用环境；在固定源烟气脱硝方面，可用作钒基催化剂的替代催化剂；(2)所述铈基氧化物催化剂即使在高空速环境仍然可以表现出优异的催化性能，是一种非常高效的SCR催化剂；(3)所述铈基氧化物催化剂具有非常优异的N2生成选择性；(4)所述铈基氧化物催化剂具有非常好的抗水和热稳定性能；(5)所述铈基氧化物催化剂的制备过程使氧化铈可以均匀分散在钼钛复合氧化物表面，从而使其具备上述优异的催化性能。具体实施方式为更好地说明本专利技术，便于理解本专利技术的技术方案，本专利技术的典型但非限制性的实施例如下：实施例1按照Ce:Mo摩尔比为2:1，配制硝酸铈和钼酸铵混合溶液，然后加入尿素，控制全部溶解后混合溶液的pH值为3.1，然后加热至80～90℃并连续搅拌12h，pH升高至7.2，然后进行过滤和洗涤，将所得固形物放入烘箱中于100～110℃烘干12h，最后经马弗炉于500℃空气中焙烧5h制得粉末状催化剂，称为催化剂A。实施例2按照铈、钼、钛的摩尔比为2:1:10，将硫酸钛溶于去离子水，然后加入硝酸铈和钼酸铵，并加入尿素作为沉淀剂，控制全部溶解后混合溶液的pH值为1.2，然后加热至80～90℃并连续搅拌12h，pH升高为7.3，然后进行过滤和洗涤，将所得固形物放入烘箱中于100～110℃烘干12h，最后经马弗炉于500℃空气中焙烧5h制得粉末状催化剂，称为催化剂B。实施例3其它条件如实施例2不变，改变铈、钼、钛的摩尔比为2:1:2，得到催化剂C。实施例4其它条件如实施例2不变，改变铈、钼、钛的摩尔比为2:1:4，得到催化剂D。实施例5其它条件如实施例2不变，改变铈、钼、钛的摩尔比为2:1:20，得到催化剂E。实施例6其它条件如实施例2不变，改变连续搅拌时间为1h，pH升高为1.6，得到催化剂F。实施例7其它条件如实施例2不变，改变连续搅拌时间为2h，pH升高为4.9，得到催化剂G。实施例8其它条件如实施例2不变，改变连续搅拌时间为4h，pH升高为6.3，得到催化剂H。实施例9将制得的催化剂B、F、G、H进行X射线光电子能谱(XPS)测试，得到各样品表面铈、钼、钛的摩尔相对含量情况(表1)。表1不同样品的表面铈、钼、钛原子的摩尔相对含量样品F本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铈基氧化物催化剂，其特征在于，所述催化剂为金属氧化物CeOx/MoO3‑TiO2，所述催化剂是将CeOx均匀分散到锆钛复合氧化物MoO3‑TiO2表面形成。
【技术特征摘要】
1.一种铈基氧化物催化剂，其特征在于，所述催化剂为金属氧化物CeOx/MoO3-TiO2，所述催化剂是将CeOx均匀分散到锆钛复合氧化物MoO3-TiO2表面形成。
2.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述CeOx为Ce3+和Ce4+的混合氧化物，3/2<x<2。
3.如权利要求1或2所述的催化剂的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
（1）配制铈源、钼源和钛源的混合溶液，在常温条件下搅拌均匀；
（2）向溶液中加入缓释沉淀剂；
（3）将溶液温度升高至65~95oC，并保持继续搅拌沉淀2~24h；
（4）对溶液中的沉淀物进行分离和洗涤；
（5）将所得固形物进行烘干和焙烧，得到所述CeOx/MoO3-TiO2催化剂。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述铈源选自硝酸铈、硝酸铈...
【专利技术属性】
技术研发人员：耿阳，单文坡，陈晓玲，丁鸿羽，王大鹏，明路沙，李骋，杨士建，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。