一种低含量钒脱硝催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种低含量钒脱硝催化剂及其制备方法，具体涉及一种应用原子层沉积技术制备具有高催化效果的低含量钒脱硝催化剂及其制备方法，本发明专利技术用原子层沉积技术精确控制金属纳米粒子的尺寸和分散，充分利用催化剂活性组分，选取脱硝催化剂的所需元素钛、钨、钒，选取合适的沉积前驱体依次沉积钛—钨—钒，获得活性组分分散均匀的脱硝催化剂，低含量钒的催化剂具有较宽的反应温度范围，表现出优良的催化性。

Low content vanadium denitration catalyst and preparation method thereof

The invention relates to a low content vanadium denitrification catalyst and a preparation method, in particular to a low content vanadium denitrification catalyst with high catalytic effect by using atomic layer deposition technology and a preparation method. The invention uses atomic layer deposition technology to accurately control the size and dispersion of metal nanoparticles and fully utilize the catalyst. The active components, titanium, tungsten and vanadium are selected for the denitrification catalyst, and the suitable deposition precursor is selected to deposit titanium tungsten - vanadium in turn, and the active component is dispersed uniformly. The catalyst with low content of vanadium has a wide range of reaction temperature and shows excellent catalysis.

【技术实现步骤摘要】
一种低含量钒脱硝催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种低含量钒脱硝催化剂及其制备方法，属于催化剂制备和气体催化净化环保领域。
技术介绍
燃煤电厂、水泥行业、排放出的氮氧化物，导致酸雨、二次细颗粒等问题的重要前体物，给人类和环境带来严重危害。面对严峻的环境形势和日益严苛的环保要求，减少工业烟气污染物排放势在必行。由于脱硝效率高，一次性处理可达到排放标准，因此选择性催化还原脱硝技术是目前最主流的技术。SCR脱硝过程为在NH3气氛下在催化剂作用下有选择地将烟气中NOX还原成N2。主要反应：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O目前SCR催化剂主要是以锐钛矿TiO2为载体，V2O5及WO3为主要活性物质。催化剂是SCR工艺的核心，对其投资和运行有直接影响。由于目前脱硝催化剂的价格较高，成本问题成为脱硝催化剂推广的关键。工业应用SCR催化剂中V2O5和WO3的含量分别＞3wt.%和＞10wt.%，相对于钛，钒和钨较稀缺，催化剂中钒和钨的含量较高时，造成催化剂成本较高，因此需要在保证催化效果的前提下降低催化剂中钒和钨的含量。虽然TiO2/V2O5/WO3催化剂具有脱硝效率高、选择性好、抗毒性强、运行可靠等优点，但V2O5对SO2的氧化有催化活性，脱硝过程中SO2的转化率一般控制在1-2%以下，这就要求脱硝催化剂中V2O5的含量需要控制在1%(重量比)以下。传统浸渍法制备的催化剂活性组分不能充分分散，因此导致催化效率较低。而原子层沉积具有沉积均匀重复性好的优点，利用沉积均匀的特性，从而充分利用催化剂的活性组分，以较小的活性组分含量发挥最大作用。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
的状况，利用原子层沉积分别进行三种沉积源钛钨钒的沉积来合成高效的脱硝催化剂，采用本方案制成的催化剂，催化性能优异，重复性高，可广泛推广应用。本专利技术采用以下技术方案实现：一种低含量钒脱硝催化剂制备方法，脱硝催化剂利用原子层沉积仪进行沉积，包括以下步骤：将清洗干燥好的石英玻璃片基底放入到ALD反应腔体中，抽真空并通入高纯氩气，将基底预热到一定温度范围，开始进行沉积，沉积过程包括依次进行的TiO2的沉积→WO3的沉积→V2O5的沉积为一次沉积过程，重复此沉积过程5-15次；待沉积腔体自然冷却至室温，从石英玻璃片基底刮下沉积层焙烧后即制得脱硝催化剂；上述TiO2的沉积通过重复60-90次TiO2的沉积循环实现，一次TiO2的沉积循环包括：以四氯化钛为前驱体，脉冲5-10s的四氯化钛→20秒高纯氩气吹扫→脉冲5-10s的水蒸汽→20秒高纯氩气吹扫；其中沉积温度210℃，载气为高纯氩气；上述WO3的沉积通过重复5-10次WO3的沉积循环实现，一次WO3的沉积循环包括：以六羰基钨为前驱体，脉冲5-10s的六羰基钨→20秒高纯氩气吹扫→脉冲5-10s的高纯氧气→20秒高纯氩气吹扫，其中沉积温度设置为130℃；上述V2O5的沉积通过重复3-6次V2O5的沉积循环实现，一次V2O5的沉积循环包括：以乙酰丙酮钒为前驱体，脉冲5-10s的乙酰丙酮钒→20秒高纯氩气吹扫→脉冲5-10s的高纯氧气→20秒高纯氩气吹扫，其中沉积温度设置为130℃；根据上述方法制得的一种低含量钒脱硝催化剂。所述一种低含量钒脱硝催化剂活性组分中钒的含量≤0.2%。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术克服传统催化制备工艺不能将活性组分均匀分布在载体上，利用原子层沉积技术将活性组分五氧化二钒充分分散，尽可能多的暴露活性位，从而使脱硝反应进行的更加完全。（2）与传统的浸渍法制备的脱硝催化剂相比，在钒含量仅为0.2%的脱硝催化剂优于同样钒负载量的催化剂，本专利技术制得的脱硝催化剂与商业脱硝催化剂3%的钒负载量的催化效果相同。（3）此制备工艺先进得到的催化剂在较宽的温度范围内都具有良好催化效果，是一种十分理想的脱硝催化剂。（4）本申请工艺方法简单，可重复性强，易于实现广泛推广应用。附图说明图1为本专利技术实施例1催化剂的扫描电子显微镜图。图2为电感耦合等离子体光谱仪测得的本专利技术实施例1催化剂中钛、钨、钒三种元素的含量。图3为本专利技术实施例1催化剂X-射线衍射强度图谱。图4为本专利技术实施例1催化剂NH3的程序升温脱附效果图。图5为对本专利技术实施例1催化剂脱硝效果评价图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步说明，以下结合实施例旨在进一步说明本专利技术，但这些实施例仅用于说明本专利技术而不构成对本专利技术范围的限制。实施例1一种低含量钒脱硝催化剂制备方法，脱硝催化剂利用原子层沉积仪进行沉积，包括以下步骤：（1）基底清洗干燥将20×20mm的石英玻璃片基底放置在H2O、H2O2、NH3·H2O的混合溶液，加热至70℃清洗30分钟。在双氧水和氨水的双重作用下，使石英玻璃片基底光滑平整，达到清洗干净，再用真空烘箱干燥，保存以备使用。（2）将清洗干燥好的石英玻璃片基底放入到ALD反应腔体中，抽真空并通入纯度＞99.999%的高纯氩气，反应腔体压力为140Pa，预热基底，待石英玻璃片的温度达到沉积设定温度300℃，开始进行沉积。（3）沉积过程包括依次进行的TiO2的沉积→WO3的沉积→V2O5的沉积过程为一次沉积过程，重复此沉积过程10次；待沉积腔体自然冷却至室温，从石英玻璃片基底刮下沉积层即制得脱硝催化剂；上述TiO2的沉积通过重复80次TiO2的沉积循环实现，一次TiO2的沉积循环包括：以四氯化钛为前驱体，反应物经过纯度＞99.999%的高纯载气氩气带入反应腔体，脉冲8s的四氯化钛→20秒高纯氩气吹扫→脉冲8s的水蒸汽→20秒高纯氩气吹扫；其中沉积温度210℃，载气为高纯氩气，前驱体四氯化钛经氩气脉冲50mL/min，高纯氩气吹扫流速为100mL/min，脉冲8s水蒸气流速为50mL/min，高纯氩气吹扫流速为100mL/min；上述WO3的沉积通过重复10次WO3的沉积循环实现，一次WO3的沉积循环包括：以六羰基钨为前驱体，反应物经过纯度＞99.999%的高纯载气氩气带入反应腔体，脉冲8s的六羰基钨→20秒高纯氩气吹扫→脉冲8s的高纯氧气→20秒高纯氩气吹扫，其中沉积温度设置为130℃，高纯氧气纯度＞99.99%，前驱体六羰基钨经氩气脉冲40mL/min，高纯氩气吹扫流速为100mL/min，脉冲8s高纯氧气流速为40mL/min，高纯氩气吹扫流速为100mL/min；上述V2O5的沉积通过重复5次V2O5的沉积循环实现，一次V2O5的沉积循环包括：以乙酰丙酮钒为前驱体，反应物经过纯度＞99.999%的高纯载气氩气带入反应腔体，脉冲8s的乙酰丙酮钒→20秒高纯氩气吹扫→脉冲8s的高纯氧气→20秒高纯氩气吹扫，其中沉积温度设置为130℃，高纯氧气纯度＞99.99%，前驱体乙酰丙酮钒经氩气脉冲50mL/min，高纯氩气吹扫流速为100mL/min，脉冲8s高纯氧气流速为50mL/min，高纯氩气吹扫流速为100mL/min。（4）根据上述方法制得的一种低含量钒脱硝催化剂。将得到的样品在100℃烘箱中干燥24h后，装入样品袋中，贴好标签，置于干燥器内，密闭保存；检测、分析、表征图1所示为用透射电子显微镜观察本实施例催化剂样品形貌图，从图中我们几乎看不出钒的存在，说明钒分散均匀且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低含量钒脱硝催化剂制备方法，其特征在于脱硝催化剂利用原子层沉积仪进行沉积，包括以下步骤：将清洗干燥好的石英玻璃片基底放入到ALD反应腔体中，抽真空并通入高纯氩气，将基底预热到一定温度范围，开始进行沉积，沉积过程包括依次进行的TiO2的沉积→WO3的沉积→V2O5的沉积为一次沉积过程，重复此沉积过程5‑15次；待沉积腔体自然冷却至室温，从石英玻璃片基底刮下沉积层焙烧后即制得脱硝催化剂；上述TiO2的沉积通过重复60‑90次TiO2的沉积循环实现，一次TiO2的沉积循环包括：以四氯化钛为前驱体，脉冲5‑10s的四氯化钛→20秒高纯氩气吹扫→脉冲5‑10s的水蒸汽→20秒高纯氩气吹扫；其中沉积温度210℃，载气为高纯氩气；上述WO3的沉积通过重复5‑10次WO3的沉积循环实现，一次WO3的沉积循环包括：以六羰基钨为前驱体，脉冲5‑10s的六羰基钨→20秒高纯氩气吹扫→脉冲5‑10s的高纯氧气→20秒高纯氩气吹扫，其中沉积温度设置为130℃；上述V2O5的沉积通过重复3‑6次V2O5的沉积循环实现，一次V2O5的沉积循环包括：以乙酰丙酮钒为前驱体，脉冲5‑10s的乙酰丙酮钒→20秒高纯氩气吹扫→脉冲5‑10s的高纯氧气→20秒高纯氩气吹扫，其中沉积温度设置为130℃。...

【技术特征摘要】
1.一种低含量钒脱硝催化剂制备方法，其特征在于脱硝催化剂利用原子层沉积仪进行沉积，包括以下步骤：将清洗干燥好的石英玻璃片基底放入到ALD反应腔体中，抽真空并通入高纯氩气，将基底预热到一定温度范围，开始进行沉积，沉积过程包括依次进行的TiO2的沉积→WO3的沉积→V2O5的沉积为一次沉积过程，重复此沉积过程5-15次；待沉积腔体自然冷却至室温，从石英玻璃片基底刮下沉积层焙烧后即制得脱硝催化剂；上述TiO2的沉积通过重复60-90次TiO2的沉积循环实现，一次TiO2的沉积循环包括：以四氯化钛为前驱体，脉冲5-10s的四氯化钛→20秒高纯氩气吹扫→脉冲5-10s的水蒸汽→20秒高纯氩气吹扫；其中沉积温度21...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦志峰，靳永勇，汪佩华，韩勋，苗茂谦，上官炬，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14