一种类三明治有序多元异质结V2O5-WS2/TiO2新型SCR催化剂制备方法及其应用技术

技术编号：41403658 阅读：5 留言：0更新日期：2024-05-20 19:29

本发明专利技术提供了一种类三明治有序多元异质结V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;‑WS<subgt;2</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;新型SCR催化剂制备方法及其应用，属于烟气污染物控制领域。其制备方法主要分两步：首先通过水热法制备具有二维层状结构的WS<subgt;2</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;量子点，然后采用浸渍法将V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;负载到WS<subgt;2</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;杂合物上，最终得到性能优异的V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;‑WS<subgt;2</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;异质结，制备工艺简单，成本低廉，适合大规模工业生产。本发明专利技术开发的V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;‑WS<subgt;2</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;多元异质结具有富含低价硫特性及独特界面效应，可为多元异质结催化剂的开发及应用提供坚实的理论和实践支撑。本发明专利技术的V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;‑WS<subgt;2</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;催化剂可有效抑制SO<subgt;2</subgt;向SO<subgt;3</subgt;的催化氧化过程，对于抑制非常规污染物SO<subgt;3</subgt;的生成迁变具有的实际和潜在重要价值。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及烟气污染物控制领域，具体涉及一种类三明治有序多元异质结v2o5-ws2/tio2新型scr催化剂制备方法及其应用。

技术介绍

1、在scr脱硝反应过程中，因v2o5-wo3/tio2催化剂具有良好的nox脱除效率，被广泛应用于燃煤电厂中。但由于操作温度严格，其低温脱硝性能较差，易被碱金属、hcl、h2o、so2等毒害失活。此外，在scr脱硝过程中，v/w/ti催化剂也会将so2氧化为so3。目前，燃煤电站中最为普遍的商用scr催化剂呈无序混杂结构相v2o5-wo3/tio2系列，其中v2o5作为主要脱硝活性成分，wo3作为助剂用于增强催化剂的活性、热稳定性和抗毒性。在scr催化剂上有约0.5～1.5％的so2转化为so3，但通常烟气每经过一层催化剂即有0.2～0.8％so2转化为so3，在超低排放需求背景下通过2-3层scr催化剂后烟气中so3的浓度比入口可增加1倍以上。显然，传统的v2o5-wo3/tio2催化剂无法满足针对so3及其衍生物的更高控制要求，v-w/ti系scr催化剂上so3的生成迁变控制理论还有待进一步深入研究。

2、不同于传统具有较大带隙的wo3，以ws2、mos2等为代表的二维层状过渡金属硫化物(2d-tmds)材料，由于其优异的化学、机械、电学和物理性能，它在吸附、催化剂和气体传感器等各个领域引起了人们的极大兴趣。w(mo)s2类似于石墨烯结构，层间原子以共价键相连，而层与层之间则通过较弱的范德瓦尔斯力相互作用，带隙大小仅为对应氧化物二分之一左右。这种特殊结构一方面使其具有极大的

3、针对现有无序混杂结构v2o5-wo3/tio2传统scr催化剂中so3生成迁变缺乏有效控制策略的关键难题的重要需求，创新性地提出了开发类三明治有序多元异质结v2o5-ws2/tio2新型scr催化剂的研究思路，基于多元异质结富含低价硫的特性，原位抑制so2向so3的催化氧化，该研究对于探索和设计新型scr催化剂以抑制非常规污染物so3的生成迁变具有重要的科学价值。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供了一种类三明治多元异质结v2o5-ws2/tio2新型scr催化剂，设计引入还原性＝s官能团以精准抑制催化剂上so2向so3的催化氧化过程，对比传统v/ti系催化剂，其抑制so3生成性能更加优异，为解决scr催化剂中so3的生成迁变控制关键难题奠定坚实基础，为scr过程中so3/abs原位抑制提供新的解决方案和方向指引。

2、本专利技术的技术方案是：

3、类三明治有序多元异质结v2o5-ws2/tio2新型scr催化剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、(1)具有二维层状结构的ws2/tio2量子点制备：

5、首先采用水热法合成具有二维层状结构的ws2/tio2量子点，分别称取钨酸钠与l-半胱氨酸溶于去离子水搅拌，随后加入tio2纳米颗粒与上述两种溶液混合，加数滴盐酸，然后将混合物溶液输送到300ml聚四氟乙烯内内衬的高压釜中加热；随后，自然冷却至室温，通过去离子水洗涤制备的沉淀物，放入烘箱干燥，最后将得到的样品研磨成粉末状；

6、(2)v2o5-ws2/tio2异质结制备：

7、浸渍法将v2o5负载到步骤(1)合成的ws2/tio2量子点上，将钒酸铵与步骤(1)中所得粉末状ws2/tio2添加到蒸馏水中搅拌，随后放入水浴锅中加热，结束后在空气中干燥，最后煅烧得到v2o5-ws2/tio2异质结。

8、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤(1)中的前驱体包括：钨酸钠、l-半胱氨酸、tio2纳米颗粒。

9、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤(1)中钨酸钠与l-半胱氨酸混合后放置的溶剂为去离子水，采用磁力搅拌器持续搅拌的时间为20min。

10、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤(1)中向混合物溶液中滴加数滴盐酸并搅拌，使溶液的ph达到4.0。

11、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤(1)中水热合成的温度和时间为200℃和36h。

12、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤(1)中沉淀物在烘箱中干燥的温度和时间为70℃和15小时。

13、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤(2)中的材料包括：粉末状ws2/tio2、偏钒酸铵(nh4vo3)。

14、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤(2)中水浴加热的温度和时间为60℃和4小时。

15、作为本专利技术的进一步改进，所述步骤(2)中煅烧的温度和时间为350℃和4小时，煅烧后的粉末呈深柠檬黄色。

16、作为本专利技术的进一步改进，类三明治有序多元异质结v2o5-ws2/tio2材料的xrd图谱在2θ为25.2°,37.8°，48.0°,53.9°,55.1°,62.7°,75°和82.7°处清晰地观察到tio2的尖锐和强烈的衍射峰，v2o5在2θ值为15.4°,20.3°,26.2°,31.1°,和34.4°时出现衍射峰，在2θ为32.4°处出现ws2的衍射峰。

17、作为本专利技术的进一步改进，和v2o5-mos2/tio2催化剂制备过程相似，所述步骤(1)中的前驱体钨酸钠换成钼酸钠，相比于常规scr催化剂v2o5/tio2，相同温度下v2o5-w(或mo)s2/tio2催化剂具有更加优异的抑制so2向so3催化氧化性能。

18、本专利技术还提供了类三明治有序多元异质结v2o5-ws2/tio2新型scr催化剂的应用，将所述类三明治有序多元异质结v2o5-ws2/tio2新型scr催化剂放置于scr系统中，通过模拟电厂实际工况进行反应，抑制so2向so3的催化氧化，降低非常规污染物so3的生成。

19、本专利技术于现有技术相比有以下优点：

20、(1)本专利技术开发了一种结构稳定的类三明治有序多元异质结v2o5-ws2/tio2新型scr催化剂，对比传统v/ti系催化剂，能够有效抑制so2向so3的催化氧化。

21、(2)对比传统scr催化剂对so2的催化氧化，类三明治有序多元异质结v2o5-ws2/tio2新型scr催化剂在温度实验中表现出极大优势，特别是350℃的情况下，so3的生成率有显著降低。

22、(3)在控制v含量相同的前提下，通过一定量的s原子点缀起到提高催化剂活性、增强vw间电荷流动的效果，削弱＝o和-oh的氧化能力，从而更高效地抑制由so2向so3的转变。

23、(4)新型催化本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.类三明治有序多元异质结V2O5-WS2/TiO2新型SCR催化剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的类三明治有序多元异质结V2O5-WS2/TiO2新型SCR催化剂制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中钨酸钠与L-半胱氨酸混合后放置的溶剂为去离子水，采用磁力搅拌器持续搅拌的时间为20min。

3.根据权利要求1所述的类三明治有序多元异质结V2O5-WS2/TiO2新型SCR催化剂制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中向混合物溶液中滴加数滴盐酸并搅拌，使溶液的pH达到4.0。

4.根据权利要求1所述的类三明治有序多元异质结V2O5-WS2/TiO2新型SCR催化剂制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中水热合成的温度和时间为200℃和36h。

5.根据权利要求1所述的类三明治有序多元异质结V2O5-WS2/TiO2新型SCR催化剂制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中沉淀物在烘箱中干燥的温度和时间为70℃和15小时。

6.根据权利要求1所述的类三明治有序多元异质结V2O5-WS2/TiO2新型S

7.根据权利要求1所述的类三明治有序多元异质结V2O5-WS2/TiO2新型SCR催化剂制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中煅烧的温度和时间为350℃和4小时，煅烧后的粉末呈深柠檬黄色。

8.根据权利要求1所述的类三明治有序多元异质结V2O5-WS2/TiO2新型SCR催化剂制备方法，其特征在于，类三明治有序多元异质结V2O5-WS2/TiO2材料的XRD图谱在2θ为25.2°,37.8°，48.0°,53.9°,55.1°,62.7°,75°和82.7°处清晰地观察到TiO2的尖锐和强烈的衍射峰，V2O5在2θ值为15.4°,20.3°,26.2°,31.1°,和34.4°时出现衍射峰，在2θ为32.4°处出现WS2的衍射峰。

9.根据权利要求1所述的类三明治有序多元异质结V2O5-WS2/TiO2新型SCR催化剂制备方法，其特征在于，和V2O5-MoS2/TiO2催化剂制备过程相似，所述步骤(1)中的前驱体钨酸钠换成钼酸钠，相比于常规SCR催化剂V2O5/TiO2，相同温度下V2O5-W(或Mo)S2/TiO2催化剂具有更加优异的抑制SO2向SO3催化氧化性能。

10.类三明治有序多元异质结V2O5-WS2/TiO2新型SCR催化剂的应用，其特征在于，将所述类三明治有序多元异质结V2O5-WS2/TiO2新型SCR催化剂放置于SCR系统中，通过模拟电厂实际工况进行反应，抑制SO2向SO3的催化氧化，降低非常规污染物SO3的生成。

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【技术特征摘要】

1.类三明治有序多元异质结v2o5-ws2/tio2新型scr催化剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的类三明治有序多元异质结v2o5-ws2/tio2新型scr催化剂制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中钨酸钠与l-半胱氨酸混合后放置的溶剂为去离子水，采用磁力搅拌器持续搅拌的时间为20min。

3.根据权利要求1所述的类三明治有序多元异质结v2o5-ws2/tio2新型scr催化剂制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中向混合物溶液中滴加数滴盐酸并搅拌，使溶液的ph达到4.0。

4.根据权利要求1所述的类三明治有序多元异质结v2o5-ws2/tio2新型scr催化剂制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中水热合成的温度和时间为200℃和36h。

5.根据权利要求1所述的类三明治有序多元异质结v2o5-ws2/tio2新型scr催化剂制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中沉淀物在烘箱中干燥的温度和时间为70℃和15小时。

6.根据权利要求1所述的类三明治有序多元异质结v2o5-ws2/tio2新型scr催化剂制备方法，其特征在于所述步骤(2)中水浴加热的温度和时间为60℃和4小时。

7.根据权利要求1所述的类三明治有序多元异质结v2o5-ws2/tio2新型scr催化剂制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博文，张振，单廷锋，张祁，王香甫，何雨思，杨宏旻，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人