一种钒钛氧化物催化剂及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种钒钛氧化物催化剂及其制备方法和用途。所述催化剂在钒钛钨氧化物催化剂中掺杂有元素Si。所述催化剂具有优良的高温热稳定性的性能，尤其是掺杂的硅组分在提高了V2O5/WO3‑TiO2催化剂高温热稳定性的同时，对SCR催化剂的活性无影响；本发明专利技术钒钛氧化物催化剂的制备方法简单易行，具有非常优异的N2生成选择性；同时，Si为无毒组分，不会对人体健康和生态环境造成危害。

Vanadium titanium oxide catalyst, preparation method and application thereof

The invention provides a vanadium titanium oxide catalyst, a preparation method and an application thereof. The catalyst is doped with element Si in vanadium titanium tungsten oxide catalyst. The performance of the catalyst has high temperature and excellent thermal stability, especially in the group of silicon doped V2O5/WO3 increased TiO2 thermal stability of catalyst and has no effect on the activity of SCR catalyst; the preparation method of vanadium oxide catalyst is simple, and has excellent selectivity for N2; at the same time, Si as the non-toxic components, will not cause harm to human health and ecological environment.

【技术实现步骤摘要】
一种钒钛氧化物催化剂及其制备方法和用途
本专利技术涉及环境催化
，具体涉及一种钒钛氧化物催化剂及其制备方法和用途，特别涉及一种硅掺杂的钒钛氧化物催化剂及其制备方法和用途。
技术介绍
氮氧化物(NOx)是现今大气中的主要污染物之一，其引发的光化学烟雾、酸雨、温室效应和臭氧层破坏等环境问题以及其生物呼吸毒性对生态环境和人类健康造成了巨大的危害。因此，如何有效去除NOx成为当今环境保护的重点课题。在富氧条件下以NH3为还原剂在催化剂的作用下选择性还原NOx生成无毒无害的N2和H2O，即NH3/Urea-SCR技术，是去除固定源NOx和移动源NOx最为有效的技术之一。将NH3-SCR技术应用于固定源NOx的催化去除是20世纪70年代在日本首先发展起来的，并在美国以及欧洲等国家和地区被广泛应用。移动源NOx催化去除过程中，由于配备NH3储罐存在一定的危险性，大规模实际应用的脱硝技术是Urea-SCR技术，即将还原剂NH3更换成安全性更高的尿素溶液，其NOx去除原理与NH3-SCR技术基本相同，只是增加了尿素的水解过程。为了满足日益严格的NOx排放法规，国外众多汽车以及发动机制造企业已经大力开展了Urea-SCR系统的应用化研究并开始了产品化。目前，几乎所有欧洲载货汽车制造商均采用了Urea-SCR技术来减少载货汽车尾气中的NOx排放。针对我国目前柴油车保有量中以重型柴油车为主的现实，考虑到目前的燃油品质与后处理技术水准，以SCR为主的组合技术来满足排放控制标准非常适合我国的国情，国内众多企业也开始采用Urea-SCR技术进行尾气脱硝。可见，NH3/Urea-SCR技术广泛应用于柴油车尾气的NOx去除已经是大势所趋。催化剂体系是整个NH3-SCR技术的核心和关键。传统的钒基催化剂体系在固定源燃煤烟气脱硝领域已经工业化应用40多年，是NH3-SCR催化剂中的经典体系，并且已经作为欧洲第一代柴油车用SCR催化剂得到了实际应用。在国内，鉴于柴油车国IV阶段排放标准的全面实施，开发满足NOx净化效率的Urea-SCR体系及其配套设备势在必行，研究和应用都最为成熟的钒基催化剂成为现阶段的首选。此外，针对我国数目众多的内河船用柴油机，其所用燃料多为重油，成分复杂，尤其是硫含量高，能够在高硫含量尾气条件下高效净化NOx的SCR催化剂体系也非钒基催化剂莫属。因此，针对钒基SCR催化剂在实际应用中出现的问题加以改良，开发适合我国国情的高效稳定并可适应复杂工作条件的SCR催化剂体系具有重要的现实意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种钒钛氧化物催化剂，所述钒钛氧化物催化剂中掺杂有元素Si，具有优良的高温热稳定性。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种钒钛氧化物催化剂，所述钒钛氧化物催化剂中掺杂有元素Si。本专利技术的所述钒钛氧化物催化剂中，元素Si与元素V的摩尔比为0.57～28.67，优选为0.57～16，更优选为0.7～27，进一步优选为6～25，更进一步优选为1～14，例如0.7、0.9、1.6、8.9、14.3、15.0、26.7、27.1等。本专利技术所述的钒钛氧化物催化剂是包含但不限于元素钒和元素钛的氧化物的催化剂，例如还可以包含元素W和/或元素Mo等过渡金属的氧化物，所述的钒钛氧化物催化剂是本领域技术人员所熟知的一种催化剂，其各种元素的选择和各元素的比例均可由本领域技术人员根据自己掌握的专业知识进行选择，本领域技术人员同时应该明了，所述的各种过渡金属氧化物中，金属元素的价态是可以选择的，例如WOp，其为不同价态W的氧化物混合体，比如W5+和W6+的混合物；MoOq，其为不同价态Mo的氧化物混合体，比如Mo5+和Mo6+的混合物；FeOr，其为不同价态Fe的氧化物混合体，比如Fe2+和Fe3+的混合物，等等。优选地，所述钒钛氧化物催化剂为V2O5/SiO2-(MoO3)x-(WO3)1-x-TiO2，其中，x选自0～1，优选x选自0或1。优选地，以金属氧化物的质量为100％计，Si掺杂的钒钛氧化物催化剂中，V2O5的含量为0.5～5wt％，优选为0.5～3wt％，更优选为0.9～5wt％，进一步优选为1～4wt％，例如0.7wt％、1.2wt％、1.8wt％、2.4wt％、3.6wt％、4.7wt％、4.9wt％等；SiO2的含量为1～5wt％，优选为2～4wt％，更优选为1～3wt％，进一步优选为3～5wt％，例如1.7wt％、2.5wt％、3.7wt％、4.1wt％、4.9wt％等；WO3的含量为9.5～9.9wt％，优选为9.5～9.7wt％，更优选为9.6～9.9wt％，例如9.6wt％、9.7wt％、9.8wt％等；余量为TiO2。本专利技术所述的“包括”，意指其除所述组分外，还可以包括其他组分，这些其他组分赋予所述催化剂不同的特性。例如可以添加钪(Sc)、钛(Ti)、铬(Cr)等元素，除此之外，本专利技术所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。其中，本专利技术所述钒钛氧化物催化剂由钒前驱体溶液通过浸渍法制备得到。浸渍法，是制造固体催化剂的方法之一，即将一种或几种活性组分通过浸渍载体负载在载体上的方法。浸渍法通常是用载体与金属盐类的水溶液接触，使金属盐类溶液吸附或贮存在载体中，除去过剩的溶液，再经干燥、煅烧和活化制得催化剂。优选地，本专利技术所述催化剂的制备过程中V前驱体为可溶于水的V，所述元素V价态本专利技术不做限定，可以是+3价、+4价、+5价等，所述的可溶于水的V为现有技术或新技术公开的任何一种可溶于水的V盐。优选地，所述钒前驱体选自偏钒酸钠、偏钒酸铵和偏钒酸钾中的一种或至少两种的混合物，典型但非限制的组合为偏钒酸钠；偏钒酸铵；偏钒酸钾；偏钒酸钠与偏钒酸铵的混合物；偏钒酸钾与偏钒酸钠的混合物；偏钒酸铵与偏钒酸钾的混合物；偏钒酸钠与偏钒酸铵、偏钒酸钾的混合物。本专利技术的目的之二在于提供一种钒钛氧化物催化剂的制备方法，包括如下步骤：1)配制钒前驱体溶液；2)向步骤1)得到的钒前驱体溶液中加入钛钨粉与钛钨硅粉混合载体，搅拌负载、干燥、焙烧，制得Si掺杂的钒钛氧化物催化剂。步骤1)中，所述钒前驱体选自偏钒酸钠、偏钒酸铵和偏钒酸钾中的一种或至少两种的混合物。步骤2)中，所述钛钨粉与钛钨硅粉混合载体中钛钨粉与钛钨硅粉的重量比为9～1，优选为8～2，更优选为7～3，进一步优选为9～4，更进一步优选为6～1，例如8.7、6.3、4.2、3、2.8、1.1等；本专利技术所述的载体为二氧化钛，所述二氧化钛是以钛钨粉与钛钨硅粉混合载体的形态加入的。优选地，所述钛钨粉与钛钨硅粉混合载体的质量为(0.5～6)g/10mL钒前驱体溶液，即每10mL钒前驱体溶液中加入的钛钨粉与钛钨硅粉混合载体的质量为0.5～6g、0.7～4.2g、1～3g、2～3g、0.6g、2.1g、3.3g、4.1g、5.8g等；更优选地，所述钛钨粉与钛钨硅粉混合载体的质量为(0.8～5)g/10mL钒前驱体溶液；进一步优选地，所述钛钨粉与钛钨硅粉混合载体的质量为4g/10mL钒前驱体溶液。步骤2)中，所述搅拌负载的温度为20～30℃，例如20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃等，进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钒钛氧化物催化剂，其特征在于，所述钒钛氧化物催化剂中掺杂有元素Si。

【技术特征摘要】
1.一种钒钛氧化物催化剂，其特征在于，所述钒钛氧化物催化剂中掺杂有元素Si。2.根据权利要求1所述的钒钛氧化物催化剂，其特征在于，所述钒钛氧化物催化剂中，元素Si与元素V的摩尔比为0.57～28.67；优选地，所述钒钛氧化物催化剂为V2O5/SiO2-(MoO3)x-(WO3)1-x-TiO2，其中，x选自0～1，优选x选自0或1；优选地，以金属氧化物的质量为100％计，Si掺杂的钒钛氧化物催化剂中，V2O5的含量为0.5～5wt％，SiO2的含量为1～5wt％，WO3的含量为9.5～9.9wt％。3.根据权利要求1或2所述的钒钛氧化物催化剂，其特征在于，所述钒钛氧化物催化剂由钒前驱体溶液通过浸渍法制备得到；优选地，所述钒前驱体选自偏钒酸钠、偏钒酸铵和偏钒酸钾中的一种或至少两种的混合物。4.一种如权利要求1-3之一所述的钒钛氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)配制钒前驱体溶液；2)向步骤1)得到的钒前驱体溶液中加入钛钨粉与钛钨硅粉混合载体，搅拌负载、干燥、焙烧，制得Si掺杂的钒钛氧化物催化剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述钒前驱体选自偏钒酸钠或偏钒酸钾。6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述钛钨粉与钛钨硅粉混合载体中钛钨粉与钛钨硅粉的重量比为9～1；优选地，所述钛钨粉与钛钨硅粉混合载体的质量为(0.5～6)g/10mL钒前驱体溶液；优选地，所述钛钨粉与钛钨硅粉混合载体的质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺泓，晏子頔，石晓燕，单玉龙，刘晶晶，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11