本发明专利技术公开了二元金属改性二氧化钛催化剂，选择锐钛矿型二氧化钛为基体，将铜和钴两种金属元素负载到锐钛矿型二氧化钛基体上，以锐钛矿型二氧化钛基体的重量为基准，铜元素为6～8%，钴元素为1～3%。本发明专利技术技术方案不仅降低了催化剂的毒性，而且比钒基催化剂具有更好的低温SCR催化活性，适合应用在柴油机尾气后处理中，其制备方法过程简单。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了二元金属改性二氧化钛催化剂，选择锐钛矿型二氧化钛为基体，将铜和钴两种金属元素负载到锐钛矿型二氧化钛基体上，以锐钛矿型二氧化钛基体的重量为基准，铜元素为6～8%，钴元素为1～3%。本专利技术技术方案不仅降低了催化剂的毒性，而且比钒基催化剂具有更好的低温SCR催化活性，适合应用在柴油机尾气后处理中，其制备方法过程简单。【专利说明】二元金属改性二氧化钛催化剂及其制备方法和在脱除柴油机尾气中氮氧化物的应用
本专利技术属于柴油机用的选择性催化还原(SCR)催化剂，具体涉及铜、钴元素改性的TiO2选择性催化还原、脱除NOx的催化剂及其制备方法。
技术介绍
氮氧化物(NOx)是大气中的主要污染物之一，柴油机燃烧排出的主要是NO和NO2,其中NO约占95%以上，剩余的少量为N02。NO为无色无味气体，很容易与血液中的血色素结合，造成血液缺氧而引起中枢神经麻痹。NO在大气中很容易被氧化为勵2，勵2是一种棕红色的刺鼻性气体，毒性极强，被吸入后易引发支气管炎、肺水肿等疾病。同时，氮氧化物(NOx)是导致光化学烟雾、酸雨、臭氧层破坏等重大环境问题的主要因素之一，也会环境污染控制的研究热点。近年来，就世界范围而言，汽车柴油化已经成为一个不可逆转的趋势。车用柴油机的数量不断增加，各国政府对车用柴油机的排放控制日益严格，仅凭机内净化措施已经无法达到未来的排放标准，因此采取机外处理技术显得极其必要。一种高效的NOx净化技术-选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction-SCR)技术应运而生，目前已在推广应用。现有的商业SCR催化剂其组成多为V2O5-WO3 (或MoO3) -TiO2，其中V2O5为主要活性组分；WO3 (或MoO3)是助催化剂，用于提高负载型催化剂的热稳定性；TiO2是载体。经过多年实际应用发现该催化剂低温活性很差；V205属高毒物质，对人体健康危害较大，同时该催化剂的造价很高。因此，采用低毒材料开发具有良好低温催化性能的SCR催化剂成为柴油机后处理技术的热点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种二元金属改性二氧化钛催化剂及其制备方法和在脱除柴油机尾气中氮氧化物的应用，不仅降低了催化剂的毒性，而且比钒基催化剂具有更好的低温SCR催化活性，适合应用在柴油机尾气后处理中，其制备方法过程简单。本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现:二元金属改性二氧化钛催化剂，选择锐钛矿型二氧化钛(TiO2)为基体，将铜和钴两种金属元素负载到锐钛矿型二氧化钛基体上，以锐钛矿型二氧化钛基体的重量为基准，铜元素占锐钛矿型二氧化钛基体重量百分比为6?8%，钴元素占锐钛矿型二氧化钛基体重量百分比为I?3%。其中所述铜、钴元素是通过浸溃负载到锐钛矿型二氧化钛基体(TiO2)中，优选地，以锐钛矿型二氧化钛基体的重量为基准，铜元素占锐钛矿型二氧化钛基体重量百分比为7?8%,钴元素占锐钛矿型二氧化钛基体重量百分比为I?2%。在进行制备过程中，采用两步浸溃法进行制备，按照下述步骤进行:步骤1，以锐钛矿型二氧化钛基体的重量为基准，按照铜元素占锐钛矿型二氧化钛基体重量百分比为6?8%，钴元素占锐钛矿型二氧化钛基体重量百分比为I?3%，分别称取锐钛矿型二氧化钛基体、可溶性铜盐和可溶性钴盐；所述可溶性铜盐和可溶性钴盐选择自身完全溶解在水环境中的金属盐，且彼此不发生水解、沉淀等反应，形成稳定的水相溶液，例如硝酸钴、硝酸铜。步骤2，将可溶性钴盐溶于去离子水中，形成均匀稳定水相溶液，加入锐钛矿型二氧化钛粉末，调节溶液的pH值为6.0?8.0，在70?80°C的水浴上回流搅拌20?24h，进行浸溃；优选地，调节溶液的pH值为6.5?7.5，在70?80°C的水浴上回流搅拌20?24h，进行浸溃；步骤3，将浸溃完成的混合溶液体系继续在70?80°C下加热搅拌，直至液体中的水分蒸干，然后将蒸干的固体粉末在90?110°C下干燥12?24h，然后按下面步骤进行焙烧:以8?10°C /min的升温速率自室温20_25°C升至500?600°C，恒温3?5h，随炉冷却至室温20-25°C;优选地以8?10°C /min的升温速率自室温20-25°C升至550?600°C，恒温4?5h，随炉冷却至室温20-25 °C ；步骤4，将可溶性铜盐溶于去离子水中，形成均匀稳定水相溶液，将经过步骤3得到的固体粉末加入上述水相溶液中，调节溶液的PH值为6.0?8.0，在70?80°C的水浴上回流搅拌20?24h，进行浸溃；优选地，调节溶液的pH值为6.5?7.5，在70?80°C的水浴上回流搅拌20?24h，进行浸溃；步骤5，将经过步骤4浸溃完成的的混合溶液体系继续在70?80°C下加热搅拌，直至液体中的水分蒸干，然后将蒸干的固体粉末在90?110°C下干燥12?24h，然后按下面步骤进行焙烧:以8?10°C /min的升温速率自室温20_25°C升至500?600°C，恒温3?5h，随炉冷却至室温20-25°C ;优选地以8?10°C /min的升温速率自室温20_25°C升至550?600°C，恒温4?5h，随炉冷却至室温20-25°C。具体地说，选择20?30g锐钛矿型TiO2粉末为基体，1.48?4.45g硝酸钴和6.79?9.06g硝酸铜为体系提供二元改性金属元素。本专利技术技术方案以二元金属改性的二氧化钛催化剂采用氨气或者尿素为还原剂，通过选择性催化还原反应脱除柴油机排气中的N0X。以低毒的铜元素、钴元素改性无毒的TiO2制备新型柴油车用SCR催化剂，该系列催化剂具有宽活性温度窗口(转化率大于95%)，在169?415°C展现出优异的SCR性能，低温活性有了较大幅度的提高，特别适合处理中国道路上运行的柴油车排放的尾气，优选在200-400°C实现转化率高于95%，且逼近100% ；同时，降低了原有SCR催化剂的生物毒性，副产物N2O较少。制备过程简单，操作方便，且铜、钴在我国储量丰富，完全可以保证新型SCR催化剂大规模生产的原料供应和成本控制。【专利附图】【附图说明】图1为SCR催化剂活性实验室评价系统示意图，其中:1_单通道质量流量控制器；2-3通道质量流量控制器；3_转子流量计；4_截止阀；5_空气通路；6_混合釜；7_水蒸气发生炉；8_反应器；9_温度显示控制仪；10_加热电流显示控制仪；11-蠕动泵；12-NH3气瓶；13-N0气瓶；14-HC气瓶；15-C0气瓶；16_02/N2气瓶(其中O2体积浓度为10%) ;17_模拟尾气入口 ；18-NH3入口 ； 19-水蒸气入口 ；20_反应后排气出口(通往气体分析仪)。图2为实施例1?5改性后CuCo/Ti02粉体催化剂的NOx脱除效率随反应温度的变化情况(A:实施例1 ;B:实施例2 ；C:实施例3 ；D:实施例4 ；E:实施例5)。图3为实施例1?5改性后CuCo/Ti02粉体催化剂的X射线衍射(XRD)谱图(A:实施例1 ；B:实施例2 ；C:实施例3 ；D:实施例4 ；E:实施例5)。图4是实施例1制备的CuCo/Ti02粉体催化剂的透射电子显微镜照片(TEM,低倍)。 图5是实施例4制备的CuCo/Ti02粉体催化剂的透射电子显本文档来自技高网...
【技术保护点】
二元金属改性二氧化钛催化剂，其特征在于，选择锐钛矿型二氧化钛为基体，将铜和钴两种金属元素负载到锐钛矿型二氧化钛基体上，以锐钛矿型二氧化钛基体的重量为基准，铜元素占锐钛矿型二氧化钛基体重量百分比为6～8%，钴元素占锐钛矿型二氧化钛基体重量百分比为1～3%。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：龚彩荣，孙晓亮，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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