铈钨催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及催化剂领域，具体涉及铈钨催化剂及其制备方法和应用。所述铈钨催化剂为掺杂型铈钨催化剂，所述铈钨催化剂的化学式为W

【技术实现步骤摘要】
铈钨催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及催化剂领域，具体涉及一种铈钨催化剂及其制备方法，铈钨催化剂在中低温脱硝中的应用，以及介孔模板剂在制备掺杂型铈钨催化剂中的应用。

技术介绍

[0002]固定源烟气中含有的大量氮氧化物，不仅是一种重要的大气污染物，更参与光化学烟雾、臭氧、细颗粒物等的生成，严重威胁人体健康和社会经济发展。氨选择性催化还原技术(NH3‑
SCR)是目前公认的最有效的工业脱硝技术，其核心在于催化剂的研发。目前商业应用较多的钒钛催化剂具有较高的氮氧化物去除率和优异的抗硫性能，但是本身具有毒性，且中低温活性差，难以适应当前我国脱硝的重点——非电行业烟气达标排放的要求。
[0003]NH3‑
SCR反应要求催化剂具有优异的氧化还原性和表面酸性。从非电行业脱硝需求来看，NH3‑
SCR催化剂需要在中低温(300℃以下)具有良好的反应活性。铈基催化剂具有良好的氧储存释放性能和氧化还原性，符合NH3‑
SCR反应的需要，已经得到学界和产业界的广泛关注。但是，纯二氧化铈的表面酸性不足，构造可控晶面和添加酸性物种是常见的改性策略。
[0004]本专利技术的专利技术人在之前的工作中，将W负载到二氧化铈上，制备得到了负载型铈钨催化剂，发现W的负载能够增加氮气选择性，也能提高NO
x
选择性，但是其在低温脱硝段，尤其是在150
‑
250℃范围内的NO
x
转化率较低，如何提供一种新的铈钨催化剂，使得其具有更好的低温脱硝性能是本专利技术的主要目的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种铈钨催化剂及其制备方法，该催化剂具有比负载型铈钨催化剂更好的低温脱硝性能，催化剂的活性温度窗口得到进一步拓宽。本专利技术还提供了铈钨催化剂在中低温脱硝中的应用，以及介孔模板剂在制备掺杂型铈钨催化剂中的应用。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种铈钨催化剂，所述铈钨催化剂为掺杂型铈钨催化剂，所述铈钨催化剂的化学式为W
x
CeO
3x+2
，其中，x为0.03
‑
0.3。
[0007]优选地，所述铈钨催化剂表面分布有WO3、聚多钨酸盐和Ce2(WO4)3中的至少一种；和/或
[0008]所述铈钨催化剂在FT
‑
IR表征中1533
‑
1543cm
‑1和/或1375
‑
1385cm
‑1范围内有特征吸收峰。
[0009]本专利技术第二方面提供介孔模板剂在制备掺杂型铈钨催化剂中的应用，其应用包括以下至少一个方面：
[0010](1)抑制所述催化剂的氧化性能；
[0011](2)减少所述催化剂表面氧空位数量；
[0012](3)促进所述催化剂的晶格参数增大；
[0013](4)使得所述催化剂表面存在聚多钨酸盐和/或Ce2(WO4)3所具有的化学键；
[0014](5)降低催化剂中Ce
4+
和W
6+
的含量；
[0015](6)促进催化剂表面Lewis酸位点向酸位点转化。
[0016]本专利技术第三方面提供一种如上所述的铈钨催化剂的制备方法，该方法包括：以可溶性铈源和可溶性钨源在任选的介孔模板剂的存在下通过水热法制备得到所述铈钨催化剂。
[0017]本专利技术第四方面提供一种铈钨催化剂的制备方法，该方法包括：以可溶性铈源和可溶性钨源在任选的介孔模板剂的存在下通过水热法制备得到所述铈钨催化剂；
[0018]其中，可溶性铈源和可溶性钨源的用量使得铈元素和钨元素的摩尔比为1:0.03
‑
0.3；
[0019]本专利技术第五方面提供如上所述的铈钨催化剂或如上所述的方法制备得到的铈钨催化剂在中低温脱硝中的应用。
[0020]在本专利技术中采用水热法进行特定用量W的掺杂有助于NO
x
脱除效果和N2选择性的提高，进一步地，通过添加介孔模板剂改进显著提高了NO
x
脱除效果，且具有优异的N2选择性，这与介孔模板剂同铈、钨之间的协同作用有关。
[0021]在本专利技术所述的催化剂具有优异的脱硝性能，尤其是引入介孔模板剂(特别是CTAB)的情况下，催化剂在205℃温度下NO
x
转化率能接近80％，在220℃温度下NO
x
转化率约97％，且在250
‑
450℃温度范围内均保持接近100％的NO
x
转化率(空速为120,000mL g
‑1h
‑1)。这可能是由于(1)CeO2表面存在着具有较强亲电性的与W相关的物种，其在CTA
+
(即[C
16
H
33
N(CH3)3]+
)的作用下在催化剂表面的分散程度进一步提高，继而深刻影响催化剂表面酸性和氧化还原性能；(2)酸性更强的酸位点的比例明显提高；(3)介孔模板剂促使催化剂表面Lewis酸位点向酸位点的转化；(4)添加的CTAB影响催化剂表面物种的分散状态，而分散的物种则与催化剂表面氧空位发生了相互作用，占据了更多数量的氧空位，使催化剂氧化还原性能降低，这有助于抑制NH3的过度氧化，促进反应活性的提高。通过介孔模板剂的引入，改变了所述催化剂的表面酸性和氧化还原性，促使表面酸性和氧化还原性“平衡”的进一步达成。
[0022]本专利技术所述的催化剂能够用于脱硝，比如用于固定源烟气中氮氧化物的催化净化。
附图说明
[0023]图1是实施例2中采用CTAB作为介孔模板剂制备的铈钨催化剂透射电镜照片。
[0024]图2为实施例1
‑
4和对比例1制备的催化剂的NO
x
转化率、N2选择性与反应温度的关系图。
[0025]图3为实施例5和对比例1制备的催化剂的NO
x
转化率、N2选择性与反应温度的关系图。
[0026]图4为实施例6制备的催化剂和实施例5中的W
0.2
Ce催化剂在160
‑
250℃温度范围内的NO
x
转化率、N2选择性与反应温度的关系图。
[0027]图5为实施例6制备的催化剂和实施例5中的W
0.2
Ce催化剂的XRD图谱。
[0028]图6为实施例6制备的催化剂和实施例5中的W
0.2
Ce催化剂的Raman图谱。
[0029]图7为实施例6制备的催化剂和实施例5中的W
0.2
Ce催化剂的FT
‑
IR图谱。
[0030]图8为实施例6制备的催化剂和实施例5中的W
0.2
Ce催化剂在100、200和300℃的Py
‑
IR图像。
[0031]图9为实施例6制备的催化剂和实施例5中的W...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铈钨催化剂，其特征在于，所述铈钨催化剂为掺杂型铈钨催化剂，所述铈钨催化剂的化学式为W
x
CeO
3x+2
，其中，x为0.03
‑
0.3。2.根据权利要求1所述的铈钨催化剂，其中，x为0.05
‑
0.25；和/或所述铈钨催化剂为多面体结构，优选为十面体；和/或所述铈钨催化剂的晶粒尺寸为10
‑
20nm，优选为12.5
‑
15.5nm；和/或所述铈钨催化剂的BET比表面积为30
‑
60m2/g，优选为40
‑
50m2/g；和/或所述铈钨催化剂的晶格参数为5.0
‑
5.5；和/或所述铈钨催化剂的孔容为0.1
‑
0.3cm3/g。3.根据权利要求1或2所述的铈钨催化剂，其中，所述铈钨催化剂表面分布有WO3、聚多钨酸盐和Ce2(WO4)3中的至少一种；和/或所述铈钨催化剂在FT
‑
IR表征中1533
‑
1543cm
‑1和/或1375
‑
1385cm
‑1范围内有特征吸收峰。4.介孔模板剂在制备掺杂型铈钨催化剂中的应用，其应用包括以下至少一个方面：(1)抑制所述催化剂的氧化性能；(2)减少所述催化剂表面氧空位数量；(3)促进所述催化剂的晶格参数增大；(4)使得所述催化剂表面存在聚多钨酸盐和/或Ce2(WO4)3所具有的化学键；(5)降低催化剂中Ce
4+
和W
6+
的含量；(6)促进催化剂表面Lewis酸位点向酸位点转化；优选地，所述介孔模板剂选自十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚环氧乙烷
‑
聚环氧丙烷
‑
聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)和聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物(F127)中的至少一种，更优选为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)；优选地，所述掺杂型铈钨催化剂为权利要求1
‑
3中任意一项所述的铈钨催化剂；优选地，相比于1重量份的所述掺杂型铈钨催化剂，所述介孔模板剂的用量为2重量份以下。5.一种权利要求1
‑
3中任意一项所述的铈钨催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括：以可溶性铈源和可溶性钨源在任选的介孔模板剂的存在下通过水热法制备得到所述铈钨催化剂；优选地，所述介孔模板剂选自十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚环氧乙烷
‑
聚环氧丙烷
‑
聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)和聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物(F127)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，陈嘉喆，郭璐瑶，
申请(专利权)人：中国人民大学，
类型：发明
国别省市：