一种复合氧化物催化剂及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种复合氧化物催化剂及其制备方法和用途，所述复合氧化物催化剂以氧化铈为载体，在其表面负载Nb和W，得到所述复合氧化物催化剂，所述复合氧化物催化剂催化氨气选择性还原NO

A composite oxide catalyst and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种复合氧化物催化剂及其制备方法和用途
本专利技术属于催化材料领域，涉及一种复合氧化物催化剂及其制备方法和用途。
技术介绍
氮氧化物(NOx)可以引发灰霾、酸雨和光化学烟雾等重大环境问题，控制NOx的排放是环境保护领域面临的一个重大挑战。目前在以NH3为还原剂选择性催化还原NOx(NH3-SelectiveCatalyticReduction，NH3-SCR)所用的催化剂体系多为V2O5-WO3(MoO3)/TiO2以及相应的改进体系，广泛用于燃煤电厂、工业锅炉等固定源烟气脱硝净化过程，在较高温度段具有高的NOx净化效率和抗SO2中毒性能。但是催化剂体系存在着活性组分钒具有生物毒性、操作温度窗口较窄、高温时N2O大量生成造成N2选择性下降、高温热稳定性差等缺点。CN105597737A公开了一种用于NH3-SCR脱硝的复合氧化物催化剂，所述催化剂为由锡、钨和铋的氧化物组成的金属复合氧化物SnOx-WOx-BiOx，其中锡和铋元素的摩尔比为0.1～10.0，锡和钨元素的摩尔比为0.1～10.0；CN102974340A公开了一种蜂窝状V-Ti低温烟气脱硝催化剂的制备方法，该催化剂是以纳米级TiO2为载体，占催化剂质量的70-90％；活性成分为V2O5，占催化剂质量的5-15％，此方案所述催化剂中的V的毒性较大，易对环境造成不利影响。因此，开发一种制备方法简单且催化效率高、温度窗口宽的复合氧化物催化剂及其制备方法仍具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合氧化物催化剂及其制备方法和用途，所述复合氧化物催化剂以氧化铈为载体，在其表面负载Nb和W，得到所述复合氧化物催化剂，所述复合氧化物催化剂催化氨气选择性还原NOx的活性相较于单纯的氧化铈明显提高，所述复合氧化物催化剂在210-415℃的温度区间内，催化NOx转化的转化率均在90％以上，且所述复合氧化物催化剂在催化氨气选择性还原NOx的过程中对氮气具有高的选择性，在210-415℃的温度区间内，其催化过程对氮气的选择性均在99％以上。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种复合氧化物催化剂，所述催化剂以CeO2作为载体，其组成通式为NbWOx/CeO2，x为满足化合价平衡所需的氧原子数，所述催化剂中Nb、W和Ce的摩尔比为(0.08-0.1):(0.1-0.3):1，例如0.082:0.15:1、0.085:0.2:1或0.09:0.25:1等。本专利技术所述复合氧化物催化剂中利用Nb和W对氧化铈载体进行修饰，使得所述催化剂催化氨气还原NOx的性能明显提升，本专利技术所述催化剂催化氨气还原NOx的温度窗口明显拓宽，且催化效率明显提升，其在210-415℃的温度区间内，催化NOx转化的转化率均在90％以上。本专利技术所述复合氧化物催化剂中，氧化铈表面负载了Nb和W，其中Nb与W之间的相互作用使得催化剂表面的活性位点的数量明显增多，使得所述催化剂在高空速(50000h-1)下具有较高的催化活性。本专利技术所述催化剂中采用Nb和W对氧化铈进行修饰，所得催化剂用于催化氨气还原NOx的活性明显提高，其在210-415℃的温度区间内，对氮氧化物的转化率均在90％以上。且所得催化剂具有更宽的温度窗口。优选地，所述催化剂中Nb、W和Ce的摩尔比为(0.085-0.087):(0.15-0.25):1，例如0.085:0.25:1、0.086:0.2:1或0.087:0.15:1等。优选地，所述CeO2为纳米氧化铈。优选地，所述氧化铈的形貌为纳米棒状、纳米立方体、纳米片状或纳米颗粒中的任意一种或至少两种的组合，所述组合示例性的包括纳米棒状和纳米立方体的组合或纳米片状和纳米颗粒的组合等，优选为纳米棒状。优选地，所述氧化铈的制备方法包括以下步骤：(1)在可溶性铈盐水溶液中加入碱源混合；(2)将步骤(1)的产物进行水热处理，固液分离、干燥、焙烧，得到所述氧化铈。优选地，步骤(1)所述碱源为氢氧化钠。优选地，步骤(2)所述水热处理的温度为30-200℃，例如50℃、80℃、100℃、130℃、150℃或180℃等，优选为100-200℃。优选地，步骤(2)所述水热处理的时间为12-24h，例如15h、18h、20h或22h等。优选地，步骤(2)所述干燥的温度为60-100℃，例如65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃或95℃等。优选地，步骤(2)所述焙烧的温度为500-600℃，例如520℃、550℃或580℃等，优选为500-550℃。优选地，步骤(2)所述焙烧的时间为3-5h，例如3.5h、4h或4.5h等。优选地，所述氧化铈的制备方法包括以下步骤：(1＇)在硝酸铈水溶液中加入氢氧化钠混合；(2＇)将步骤(1＇)的产物在30-200℃的条件下进行水热处理12-24h，固液分离、60-100℃下干燥、之后在500-600℃下焙烧3-5h，得到所述氧化铈。第二方面，本专利技术提供了如第一方面所述的复合氧化物催化剂的制备方法，所述方法包括以氧化铈作为载体，通过浸渍法将Nb和W负载在氧化铈上，得到所述催化剂。优选地，所述通过浸渍法将Nb和W负载在氧化铈上的方法包括以下步骤：(a)配制含水溶性Nb盐和水溶性钨盐的混合溶液；(b)将氧化铈分散在步骤(a)所得的混合溶液中，之后蒸发溶剂，焙烧得到所述催化剂。优选地，步骤(a)所述混合溶液的溶剂为水。优选地，步骤(a)所述水溶性Nb盐包括草酸铌。优选地，步骤(a)所述水溶性钨盐包括偏钨酸铵。优选地，步骤(b)中氧化铈的质量与混合溶液的体积比为0.003-0.01g/mL，例如0.004g/mL、0.006g/mL、0.008g/mL或0.009g/mL等。优选地，步骤(b)所述分散的方法搅拌和/或超声处理，优选为先进行搅拌，之后进行超声处理。优选地，所述分散的方法包括将氧化铈置于混合溶液中，搅拌0.5-2h，例如0.8h、1h、1.2h、1.5h或1.8h等，之后超声处理0.5-2h，例如0.8h、1h、1.2h、1.5h或1.8h等。优选地，步骤(b)所述蒸发溶剂的方法包括旋转蒸发。优选地，步骤(b)所述蒸发溶剂的温度为60-80℃，例如65℃、70℃或75℃等。优选地，步骤(b)所述蒸发溶剂后还包括干燥。优选地，所述干燥的温度为90-120℃，例如95℃、100℃、105℃、110℃或115℃等。优选地，步骤(b)所述焙烧的温度为450-600℃，例如480℃、500℃、530℃、560℃或580℃等，优选为500-550℃。优选地，步骤(b)所述焙烧的时间为3-6h，例如3.5h、4h、4.5h、5h或5.5h等，优选为4-5h。作为本专利技术优选的技术方案，所述复合氧化物催化剂的制备方法包括以下步骤：(a＇)配制含草酸铌和水溶性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合氧化物催化剂，其特征在于，所述催化剂以CeO

【技术特征摘要】
1.一种复合氧化物催化剂，其特征在于，所述催化剂以CeO2作为载体，其组成通式为NbWOx/CeO2，x为满足化合价平衡所需的氧原子数，所述催化剂中Nb、W和Ce的摩尔比为(0.08-0.1):(0.1-0.3):1。


2.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂中Nb、W和Ce的摩尔比为(0.085-0.087):(0.15-0.25):1。


3.如权利要求1或2所述的催化剂，其特征在于，所述CeO2为纳米氧化铈；
优选地，所述氧化铈的形貌为纳米棒状、纳米立方体、纳米片状或纳米颗粒中的任意一种或至少两种的组合，优选为纳米棒状。


4.如权利要求1-3任一项所述的催化剂，其特征在于，所述氧化铈的制备方法包括以下步骤：
(1)在可溶性铈盐水溶液中加入碱源混合；
(2)将步骤(1)的产物进行水热处理，固液分离、干燥、焙烧，得到所述氧化铈；
优选地，步骤(1)所述碱源为氢氧化钠；
优选地，步骤(2)所述水热处理的温度为30-200℃，优选为100-200℃；
优选地，步骤(2)所述水热处理的时间为12-24h；
优选地，步骤(2)所述干燥的温度为60-100℃；
优选地，步骤(2)所述焙烧的温度为500-600℃，优选为500-550℃；
优选地，步骤(2)所述焙烧的时间为3-5h。


5.如权利要求1-4任一项所述的复合氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以氧化铈作为载体，通过浸渍法将Nb和W负载在氧化铈上，得到所述催化剂。


6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通过浸渍法将Nb和W负载在氧化铈上的方法包括以下步骤：
(a)配制含水溶性Nb盐和水溶性钨盐的混合溶液；
(b)将氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺泓，连志华，单文坡，张燕，
申请(专利权)人：中国科学院城市环境研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35