氮氧化物还原用稀土金属钒酸盐催化剂制造技术

本发明专利技术提供一种氮氧化物还原用催化剂，其包括：活性部位，包含由化学式1或者化学式2表示的钒酸镧；及载体，用于负载所述活性部位，化学式1：LaVO4其中，LaVO4作为多态性，晶体结构为正方晶系(tetragonal)或者单斜晶系(monoclinic)，化学式2：LaV3O9其中，LaV3O9的晶体结构为单斜晶系(monoclinic)。体结构为单斜晶系(monoclinic)。体结构为单斜晶系(monoclinic)。

【技术实现步骤摘要】
氮氧化物还原用稀土金属钒酸盐催化剂


[0001]本专利技术涉及氮氧化物还原用稀土金属钒酸盐催化剂，具体涉及载体内包含钒酸镧(lanthanum vanadate)作为活性部位(active site)的氮氧化物还原用非均相催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，将二次细颗粒物形成主因之一的氮氧化物(NO
X
)和氨(NH3)高效且稳定地转化的氮氧化物还原工艺(selective catalytic reduction of NO
X
，SCR)通过反应式(1)及反应式(2)来进行。
[0003]4NO+4NH3+O2→
4N2+6H2O
…
(1)
[0004]2NO2+4NH3+O2→
3N2+6H2O
…
(2)
[0005]提高所述SCR工艺的性能、稳定性、持续性可通过改善应用于SCR工艺的商用催化剂的表面特性来实现。例如，在发电厂、烧结炉、低速/高速船舶及水泥厂的SCR工艺中所采用的代表性商用催化剂为钒氧化物
‑
WO3/TiO2(钒氧化物(V oxide)为选自V2O3、VO2、V2O5中的至少一个物种)。作为改善商用催化剂的表面物性的方法之一，可以对作为商用催化剂的活性部位的钒氧化物(V oxide)进行结构变形。具体地，通过钒氧化物与过渡金属(transition metal，TM)或稀土金属(rare
‑
earth metal，RM)的氧化物的化学键(chemical fusion)而形成的金属钒酸盐(metal vanadate)优选为SCR反应的活性部位。更加具体地，金属钒酸盐作为钒与过渡金属或稀土金属的复合氧化物，能够解决所述商用催化剂所包含的钒氧化物活性部位的以下要求改善的事项中的至少一项：1)由于熔点低，SCR反应过程中发生催化剂活性部位的聚集(congregation)现象；2)相对较弱的氧化还原循环特性(redox cycling trait)；3)相对较少的布朗斯特酸性部位( acid site)或者路易斯酸性部位(Lewis acid site)；4)由于NH3/NO
X
和酸性部位之间的相互作用(interaction)弱或者H2O和酸性部位之间的相互作用强，导致单位时间SCR反应效率降低；5)在低温下没有快速SCR反应(反应式(3))；6)对于由包含在废气中的SO2引起的催化剂表面中毒(poison)缺乏耐久性；7)对于由硫酸铵(ammonium sulfate，(NH4)2SO4，AS)、硫酸氢铵(ammonium bisulfate，(NH4)HSO4，ABS)引起的催化剂表面中毒(poison)缺乏耐久性，其中，硫酸铵、硫酸氢铵基于反应式(4)至反应式(6)所示的一系列化学反应而在SCR反应过程中形成；8)对于由包含在废气中的基于碱金属(alkali
‑
metal)的化合物引起的催化剂表面中毒(poison)缺乏耐久性；9)由于钒氧化物活性部位或者载体对水热老化现象(hydrothermal aging)没有结构稳定性而缺乏耐久性。
[0006]例如，与商用催化剂相比，作为过渡金属钒酸盐的(TM)V2O6(TM＝Mn、Co、Ni、Cu)、Cu3V2O8及Fe2V4O
13
能够改善所述1)至7)中的至少一项，并且，与商用催化剂相比，作为稀土金属钒酸盐的CeVO4、ErVO4及TbVO4能够改善所述8)至9)中的至少一项。
[0007]NO+NO2+2NH3→
2N2+3H2O
…
(3)
[0008][0009]SO3+2NH3+H2O
→
(NH4)2SO4…
(5)
[0010]SO3+NH3+H2O
→
(NH4)HSO4…
(6)
[0011]然而，所述稀土金属钒酸盐作为SCR催化剂的活性部位而提供优点，但至今为止的报告例仅限于由(RM)VO4(RM：稀土金属；RM＝Ce、Er、Tb、Yb等)表征的催化剂晶相(catalytic crystal phase)。

技术实现思路

[0012]技术问题
[0013]本专利技术为解决上述商用催化剂具有的问题而提出，并且为了将稀土金属钒酸盐(rare
‑
earth metal vanadate)用作SCR反应催化剂晶相(catalytic crystal phase)而提出。具体地，其目的在于提供非均相催化剂及其制备方法，与商用催化剂相比，所述非均相催化剂包括催化剂特性优秀且制备费用低廉的钒酸镧(lanthanum vanadate)晶相中的至少一个物种作为SCR反应活性部位。另外，本专利技术的目的在于提供SCR反应用非均相催化剂的制备方法，其中，催化剂表面被SO
Y2
‑
(Y＝3或4)官能化，或者包含第15族或第16族元素的氧化物作为助催化剂，从而提高对酸特性(acid character)、氧化还原循环特性(redox cycling feature)、中毒物(H2O、SO2、AS/ABS、碱金属(alkali
‑
metal))及水热老化现象(hydro
‑
thermal aging)的耐久性(resistance)。但是这种技术问题只是示例性的，本专利技术的范围不限于此。
[0014]技术方案
[0015]根据用于解决上述技术问题的本专利技术的一实施例方式，提供一种氮氧化物还原用催化剂，其包括：活性部位，包含由化学式1或者化学式2表示的钒酸镧；及载体，用于负载所述活性部位。
[0016]化学式1：
[0017]LaVO4[0018]其中，LaVO4作为多态性，晶体结构为正方晶系(tetragonal)或者单斜晶系(monoclinic)，
[0019]化学式2：
[0020]LaV3O9[0021]其中，LaV3O9的晶体结构为单斜晶系(monoclinic)。
[0022]根据本专利技术的另一实施方式，提供一种氮氧化物还原用催化剂，其包括：第一活性部位，由化学式1表示；第二活性部位，由化学式2表示；及载体，用于同时负载所述第一活性部位及第二活性部位。
[0023]根据本专利技术的一实施例，所述载体内可以进一步包含第15族或者第16族元素的氧化物(oxide)作为助催化剂，相对于载体，所述助催化剂可以具有1至5wt％的组成范围。
[0024]根据本专利技术的一实施例，所述第15族或者第16族元素可以是选自氮(N)、磷(P)、硫(S)、砷(As)、硒(Se)、锑(Sb)、碲(Te)、铋(Bi)、钋(Po)、镆(Mc)及鉝(Lv)中的任一种或者其组合。
[0025]根据本专利技术的一实施例，所述氮氧化物还原用催化剂表面的至少一部分可以被进行硫酸化处理。
[0026]根据本专利技术的一实施例，所述载体可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮氧化物还原用催化剂，其特征在于，包括：活性部位，包含由化学式1或者化学式2表示的钒酸镧；及载体，用于负载所述活性部位，化学式1：LaVO4其中，LaVO4作为多态性，晶体结构为正方晶系(tetragonal)或者单斜晶系(monoclinic)，化学式2：LaV3O9其中，LaV3O9的晶体结构为单斜晶系(monoclinic)。2.一种氮氧化物还原用催化剂，其特征在于，包括：第一活性部位，包含由化学式1表示的钒酸盐；第二活性部位，包含由化学式2表示的钒酸盐；及载体，用于同时负载所述第一活性部位及第二活性部位，化学式1：LaVO4其中，LaVO4作为多态性，晶体结构为正方晶系(tetragonal)或者单斜晶系(monoclinic))，化学式2：LaV3O9其中，LaV3O9的晶体结构为单斜晶系(monoclinic)。3.根据权利要求1或2所述的氮氧化物还原用催化剂，其特征在于，所述载体内进一步包含第15族或者第16族元素的氧化物作为助催化剂(promoter)。4.根据权利要求3所述的氮氧化物还原用催化剂，其特征在于，相对于载体，所述助催化剂具有1至5wt％的组成范围。5.根据权利要求3所述的氮氧化物还原用催化剂，其特征在于，所述第15族或者第16族元素是选自氮(N)、磷(P)、硫(S)、砷(As)、硒(Se)、锑(Sb)、碲(Te)、铋(Bi)、钋(Po)、镆(Mc)及鉝(Lv)中的任一种或者其组合。6.根据权利要求1或2所述的氮氧化物还原用催化剂，其特征在于，所述氮氧化物还原用催化剂的表面的至少一部分被进行硫酸化处理。7.根据权利要求1或者2所述的氮氧化物还原用催化剂，其特征在于，所述载体包含碳(C)、Al2O3、MgO、ZrO2、CeO2、TiO2及SiO2中的任一种。8.根据权利要求1或2所述的氮氧化物还原用催化剂，其特征在于，相对于100重量份的所述载体，分别包括10
‑4至50重量份的由所述化学式...

【专利技术属性】
技术研发人员：金钟植，河宪弼，权东旭，
申请(专利权)人：韩国科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：