一种钒铈氧化物催化剂、制备方法及其用途技术

本发明专利技术涉及一种钒铈氧化物催化剂，所述催化剂具有如下化学组成：V2O5/CeO2，所述V2O5占所述钒铈氧化物催化剂的质量百分比为1～10%。本发明专利技术还公开了上述钒铈氧化物催化剂的制备方法。本发明专利技术所述钒铈氧化物催化剂>200℃的温度范围内具有接近100%以上的NOx净化效率，具有较为优异的抗SO2中毒性能，且操作温度窗口宽。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钒铈氧化物催化剂、制备方法及其用途，所述催化剂用于催化还原氮氧化物。
技术介绍
氮氧化物(NOx，包括NO和NO2)是主要大气污染物之一，它可以造成酸雨、光化学烟雾，形成较高的地面臭氧浓度，也参与形成空气中的飘尘(PM2.5)，还造成臭氧层的破坏以及温室效应。。NOx的来源可以分为固定源和移动源:固定源主要是工业锅炉和燃煤电厂燃料的燃烧；移动源主要指机动车辆尾气排放。NOx对大气的污染是一个世界性的环境问题，它对大气的影响主要有NOx排放量和大气NOx浓度的快速增加，将使我国大气污染的性质发生根本性的变化，导致一系列的城市和区域环境问题，对人体健康和生态环境构成巨大威胁。因此，如何有效去除NOx成为当今环境保护的重点课题。目前在以NH3为还原剂选择性催化还原NOx(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。目前开发的非钒基NH3-SCR催化剂体系主要包括负载活性组分的分子筛催化剂以及氧化物类催化剂，其中Fe、Cu基分子筛催化剂虽性能优越，但仍存在着价格昂贵、水热稳定性和抗硫性能较差等缺点，Fe、Ce基氧化物类催化剂存在着抗硫性能差、活性低等缺点。因此对钒基催化剂进行改进满足应用需要仍是NH3-SCR领域的重要研究内容。CN102909003A公开了一种催化还原氮氧化物的钒铈钛催化剂，该催化剂以二氧化钛为载体，五氧化二钒为主活性组份，二氧化铈为发挥协同效应的次活性组份，其组成表示为V205-Ce02/Ti02，五氧化二钒的含量为0.1 1%，二氧化铈的质量含量为2 10%。但是该专利技术所公开的催化剂在低温的催化活性低，操作温度窗口窄，抗SO2中毒性能较差。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种钒铈氧化物催化剂，所述催化剂在>200°C的温度范围内具有接近100%以上的NOx净化效率，具有较为优异的抗SO2中毒性能，高温热稳定性优异，且操作温度窗口宽。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案:一种钒铈氧化物催化剂，所述催化剂具有如下化学组成:V205/Ce02，所述V2O5占所述钒铈氧化物催化剂的质量百分比为I 10%。优选地,所述V2O5占所述钥;铺氧化物催化剂的质量百分比为1.5 8.5%,优选2 6%，进一步优选3%。所述V2O5占所述钒铈氧化物催化剂的质量百分比例如为1.8%、2.5%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、9%、9.5%。钒的含量太低可能导致活性低，太高在含硫条件下易氧化SO2，并且钒有毒。同时，在所述催化剂中，氧化铈既充当了钒的载体，又与钒相互促进提高活性。本专利技术的目的之二在于提供一种如上所述的钒铈氧化物催化剂的制备方法，采用本专利技术所述的均匀沉淀方法得到的钒铈氧化物催化剂的活性高，具有十分优异的抗SO2中毒性能，高温热稳定性优异，且操作温度窗口宽。一种钒铈氧化物催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤:(I)在草酸存在条件下配制钒源和铈源溶液，将钒源和铈源溶液混合均匀，得到混合溶液；(2)向混合溶液中加入过量尿素沉淀剂，使钒和铈离子沉淀完全，将得到的沉淀产物抽滤，洗涤，干燥，焙烧，得到所述钒铈氧化物催化剂。本专利技术以尿素代替氨水作为沉淀剂，以简单易行的均匀沉淀法制备了一系列钒铈氧化物催化剂。所述铈源选自硝酸铈、硝酸铈铵、氯化亚铈或硫酸铈中的任意一种或者至少两种的混合物，优选硝酸铈。所述铈源选自硝酸铈和硝酸铈铵的混合物，硝酸铈和氯化亚铈的混合物，硝酸铈和硫酸铈的混合物，硝酸铈铵和氯化亚铈的混合物，硝酸铈铵和硫酸铈的混合物，氯化亚铈和硫酸铈的混合物，硝酸铈、硝酸铈铵、氯化亚铈和硫酸铈的混合物。所述钒源选自偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、正钒酸钠或焦钒酸钠中的任意一种或者至少两种的混合物，所述混合物例如焦钒酸钠和正钒酸钠的混合物，偏钒酸钾和偏钒酸钠的混合物，偏钒酸铵和焦钒酸钠的混合物，正钒酸钠和偏钒酸钾的混合物，偏钒酸钠和偏钒酸铵的混合物，焦钒酸钠、正钒酸钠和偏钒酸钾的混合物，偏钒酸钠、偏钒酸铵和正钒酸钠的混合物，优选偏钒酸铵。配制钒源和铈源溶液，钒源和铈源溶液混合均匀，控制V2O5占所述钒铈氧化物催化剂的质量百分比为I 10%。在均匀沉淀法中，用尿素作沉淀剂，沉淀钒源(铈源)，理论上尿素与钒源(铈源)的物质的量比为1:1时即可完全沉淀，由于尿素有可能存在不完全水解的问题，因此需要加入过量尿素。尿素发生水解，是一个缓慢释放氢氧根离子和碳酸根离子的过程，尿素的缓慢水解使得溶液中钒离子(铈离子)周围的反应物浓度不会发生太大的变化，相对于其他沉淀剂如氨水和碳酸氢铵等，更有利于氧化物前驱体颗粒均匀地沉淀。尿素/ (钒源 + 铈源)摩尔比为 8 12:1，例如 8.2:1,8.4:1,8.6:1,8.8:1,9: K9.2:1、9.4:1、9.6:1、9.8:1、10.2:1、10.6:1、10.8:1、11:1、11.4: 1、11.8:1，优选 10:1。尿素/ (钒源+铈源)摩尔比越大，尿素水解而释放出的氨量相应增多，溶液碱性增强，沉淀物的生成量也随之增加，沉淀更加完全，产率也逐渐增大。同时，沉淀的过饱和度增大，根据化学反应动力学理论，过饱和度增大，晶粒的生成速率越快，使得成核速度明显高于晶核的生长速度，有利于生成小粒径颗粒。当尿素/ (钒源+铈源)摩尔比过大，沉淀物的增加量不显著，沉淀近乎完全，且浓度过高，浪费原料，增加成本。所述沉淀温度为80 100°C，例如 81°C、83°C、85°C、87°C、89°C、91°C、91.5°C、92°C>92.5°C>93°C>93.5°C>94°C>94.5°C>95°C>95.5°C>96°C>96.5°C>97°C>97.5°C>98°C>98.5°C、99°C、99.5°C，优选 90。。。所述沉淀的时间为8 15h,例如 8.5h、9h、9.5h、10h、10.5h、llh、ll.5h、12h、12.5h、13h、13.5h、14h、14.5h,优选 9 13h，进一步优选 12h。所述干燥的温度为90 110°C，例如 91°C、92°C、93°C、94°C、95°C、96°C、97°C、98°C、99°C、10rC、102t:、103t:、104t:、106t:、107t:、108t:、109t:，优选 95 105 ，进一步优选100°C。所述干燥的时间为10 15h，例如 10.5h、llh、ll.5h、12h、12.5h、13h、13.5h、14h、14.5h，优选10 13h，进一步优选12h。所述焙烧在空气气氛中进行，所述焙烧温度为400 600°C，例如430°C、460°C、510°C、540°C、570°C、580 V、590 V，优选 500 600 V，进一步优选 500 V。所述焙烧时间为2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钒铈氧化物催化剂，其特征在于，所述催化剂具有如下化学组成：V2O5/CeO2，所述V2O5占所述钒铈氧化物催化剂的质量百分比为1～10%。

【技术特征摘要】
1.一种钒铈氧化物催化剂，其特征在于，所述催化剂具有如下化学组成:V205/Ce02，m述V2O5占所述钒铈氧化物催化剂的质量百分比为I 10%。2.一种如权利要求1所述的钒铈氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法为均匀沉淀法，包括如下步骤: (1)在草酸存在条件下配制钒源和铈源溶液，将钒源和铈源溶液混合均匀，得到混合溶液； (2)向混合溶液中加入过量尿素沉淀剂，使钒和铈离子沉淀完全，将得到的沉淀产物抽滤，洗涤，干燥，焙烧，得到所述钒铈氧化物催化剂。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述铈源选自硝酸铈、硝酸铈铵、氯化亚铈或硫酸铈中的任意一种或者至少两种的混合物，优选硝酸铈； 优选地，所述钒源选自偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、正钒酸钠或焦钒酸钠中的任意一种或者至少两种的混合物，优选偏钒酸铵； 优选地，尿素/ (钥;源+铺源)摩尔比为8 12:1,优选10:1 ; 优选地，所述沉淀温度为80 100°C，优选90°C ； 优选地，所述沉淀的时间为8 15h,优选9 13h,进一步优选12h ； 优选地，所述干燥的温度为90 110°C，优选95 105°C，进一步优选100°C ； 优选地，所述干燥的时间为10 15h，优选10 13h，进一步优选12h ； 优选地，所述焙烧在空气气氛中进行，所述焙烧温度为400 600 °C，优选500 600°C，进一步优选 500°C ； 优选地，所述焙烧时间为2 5h，优选3h ； 优选地，一种钒铈氧化物催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤: (I’)在草酸存在条件下，配制硝酸铈和偏钒 酸铵溶液，将硝酸铈和偏钒酸铵溶液混合，得到混合溶液，控制V2O5占所述钒铈氧化物催化剂的质量百分比为I 10% ； (2’)向混合溶液中加入过量尿素沉淀剂,尿素/ (银源+铺源)摩尔比为水浴条件下连续搅拌12h，使钒和铈离子沉淀完全，将得到的沉淀产物抽滤，洗涤，在100°C烘箱中干燥12h，然后在马弗炉中，空气气氛下，在400°C、500°C或600°C焙烧3h，得到所述钥;铺氧化物催化剂。4.一种如权利要求1所述的钒铈氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法为旋蒸浸溃法，包括如下步骤: (I’ ’)在草酸存在条件下，配制钒源溶液； (2’ ’)称取CeO2浸溃于钒源溶液中，搅拌后经旋转蒸发仪蒸干，干燥，焙烧，得到钒铈氧化物催化剂。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述钒源选自偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、正钒酸钠或焦钒酸钠中的任意一种或者至少两种的混合物，优选偏钒酸铵； 优选地，所述搅拌在室温下进行，室温搅拌的时间为0.5 1.5小时，优选I小时； 优选地，所述旋转蒸发仪蒸干的温度为50 70°C，优选53 67°C，进一步优选60°C ； 优选地，所述干燥的温度为90 110°C，优选95 105°C，进一步优选100°C ； 优选地，所述干燥的时间为10 15h，优选10 13h，进一步优选12h ； 优选地，所述焙烧在空气气氛中进行，所述焙烧温度为400 600 °C，优选500 600°C，进一步优选 500°C ； 优选地，所述焙烧时间为2 5h，优选3h ； 优选地，一种钒铈氧化物催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤: (...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺泓，连志华，刘福东，石晓燕，
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：