一种钒钛氧化物催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种钒钛氧化物催化剂及其制备方法和应用，所述方法为：将草酸氧钒溶液和钛源混合，搅拌负载后干燥，然后经过焙烧得到钒钛氧化物催化剂。本发明专利技术使用草酸氧钒代替传统的偏钒酸铵作为前驱体制备钒钛氧化物催化剂，在不降低催化活性的前提下减少了生产过程中的氨污染，更有利于对环境的保护。得到的钒钛氧化物催化剂具有非常优异的SCR性能与N2生成选择性，在225℃至400℃温度区间内催化效率极高。本发明专利技术制备方法简单，简化了催化剂的生产流程，降低了生产成本，适用于工业化应用。

Vanadium titanium oxide catalyst and preparation method and application thereof

The invention relates to a vanadium titanium oxide catalyst and its preparation method and application. The method comprises mixing the vanadium oxalate solution with the titanium source, stirring and loading, drying, and then calcining to obtain the vanadium titanium oxide catalyst. The invention uses vanadium oxalate instead of traditional ammonium metavanadate as precursor to prepare vanadium titanium oxide catalyst, which reduces ammonia pollution in the production process without reducing the catalytic activity and is more conducive to environmental protection. The obtained vanadium titanium oxide catalyst has excellent SCR performance and selectivity for N2 formation, and its catalytic efficiency is very high in the temperature range from 225 400 C. The preparation method of the invention is simple, the production process of the catalyst is simplified, the production cost is reduced, and the method is suitable for industrial application.

【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应用
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应用。
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。然而，现有的钒基催化剂制备过程中多以偏钒酸铵作为前驱体进行制备，制备过程中会产生大量氨气，易造成氨污染。例如CN104415746B公开了一种钒钛骨架掺杂氧化物催化剂及其制备和应用，CN106984300A公开了一种钒钛氧化物催化剂及其制备方法和用途，均采用偏钒酸铵作为钒源制备钒基催化剂。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，开发清洁、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
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种钒钛氧化物催化剂及其制备方法和应用，利用草酸氧钒代替传统的偏钒酸铵作为前驱体制备钒钛氧化物催化剂，减少了生成过程中氨污染，同时简化了生产流程，降低了生成本。本专利技术得到的钛氧化物催化剂在225℃至400℃温度区间内具有优良的的NH3-SCR性能，具有良好的应用前景。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种钒钛氧化物催化剂的制备方法，所述方法为：使用草酸氧钒作为前驱体进行制备。根据本专利技术，钒钛氧化物催化剂的制备方法为：将草酸氧钒溶液和钛源混合，搅拌负载后干燥，然后经过焙烧得到钒钛氧化物催化剂。根据本专利技术，所述草酸氧钒溶液的浓度为0.5-2mol/L，例如可以是0.5mol/L、0.8mol/L、1mol/L、1.2mol/L、1.5mol/L、1.8mol/L或2mol/L，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述钛源为钛钨粉和/或钛钨硅粉。本专利技术可以任选的向草酸氧钒溶液中加入钨源和/或钼源，钨和钼为钒钛氧化物催化剂中常规的添加元素，本专利技术对钨源和钼源并不做具体限定，凡是本领域常用的钨源和钼源均适用于本专利技术。根据本专利技术，所述草酸氧钒溶液和钛源的固液比为(0.5-6):10，例如可以是0.5:10、1:10、2:10、3:10、4:10、5:10或6:10，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。上述草酸氧钒溶液和钛源的固液比优选为(0.8-5):10，进一步优选为4:10。本专利技术所述固液比的单位为g:mL。根据本专利技术，所述干燥的温度为100-120℃，例如可以是100℃、105℃、110℃、115℃或120℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述干燥的时间为9-12h，例如可以是9h、10h、11h或12h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述焙烧的温度为400-500℃，例如可以是400℃、420℃、450℃、470℃或500℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述焙烧的时间为3-8h，例如可以是3h、4h、5h、6h、7h、8h或9h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。作为优选的技术方案，所述钒钛氧化物催化剂的制备方法为：按照(0.5-6):10的固液比将浓度为0.5-2mol/L的草酸氧钒溶液和钛源混合，任选地，向草酸氧钒溶液中加入钨源和/或钼源，搅拌负载后在100-120℃下干燥9-12h，然后在400-500℃下焙烧3-8h，得到钒钛氧化物催化剂；所述钛源为钛钨粉和/或钛钨硅粉。第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述方法制备得到的钒钛氧化物催化剂，所述钒钛氧化物催化剂的结构式优选为：V2O5/(MoO3)x-(WO3)n-TiO2，其中，0≤x≤1，0≤n≤1。本专利技术制备的钒钛氧化物催化剂中除了任选的Mo、W外，还可能包含其他元素，例如钪(Sc)、铬(Cr)等，但非仅限于此，事实上，在本专利技术以草酸氧钒作为前驱体进行制备得到的钒钛氧化物催化剂中添加任何其他元素以赋予所述催化剂不同的特性，都应落在本专利技术的保护范围之内。根据本专利技术，所述钒钛氧化物催化剂中V2O5的含量为0.5-5wt％，例如可以是0.5wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％或5wt％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。第三方面，本专利技术提供一种如第一方面所述方法制备得到的钒钛氧化物催化剂的应用，所述钒钛氧化物催化剂应用于选择性催化还原氮氧化物。优选地，所述应用包括如下步骤：(1)将钒钛氧化物催化剂负载于尾气通道；(2)将尾气通入尾气管道中进行选择性催化还原；优选地，步骤(1)的过程为：将钒钛氧化物催化剂以涂层的形式涂覆在尾气流通通道的壁表面上，所述尾气流通通道的壁表面优选可以固定催化剂在其表面的材料，例如具有多孔状的物质，典型但非限制性的实例有多孔树脂、多空纤维、陶瓷或具有蜂窝结构的金属制品等，优选具有陶瓷或金属制成的蜂窝结构。实际情况中，如果催化剂固定在尾气流通通道的壁表面上存在安装困难，例如通道的壁表面不具有多孔状物质，那本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钒钛氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法为：使用草酸氧钒作为前驱体进行制备。

【技术特征摘要】
1.一种钒钛氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法为：使用草酸氧钒作为前驱体进行制备。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法为：将草酸氧钒溶液和钛源混合，搅拌负载后干燥，然后经过焙烧得到钒钛氧化物催化剂。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述草酸氧钒溶液的浓度为0.5-2mol/L。4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述钛源为钛钨粉和/或钛钨硅粉。5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，任选地，向草酸氧钒溶液中加入钨源和/或钼源。6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述草酸氧钒溶液和钛源的固液比为(0.5-6):10，优选为(0.8-5):10，进一步优选为4:10。7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述干燥的温度为100-120℃；优选地，所述干燥的时间为9-12h；优选地，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺泓，晏子頔，石晓燕，余运波，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