[发明专利]一种高热稳定性高活性的钒钛化合物材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种高稳定性高活性的钒钛化合物材料及其制备方法。

背景技术

据统计，从1967～2000年间，关于过渡金属催化应用公开发表的论文，其中28%与钒有关，15%与钛有关，大量的报道表明钒和钛在众多催化反应体系中一直受到人们的广泛关注^[1]。特别是钒钛化合物，较其他材料在氮氧化物的选择性催化还原、挥发性有机物氧化、硫化氢氧化、烃类的选择性氧化等与环保、能源领域有关的催化体系中具有良好的应用前景。

钒钛化合物的催化性能与其组成之一的氧化钛的结构密切相关^[2]。自然界中的氧化钛分三种常规晶型：锐钛矿、板钛矿和金红石，其中金红石为氧化钛的稳相，锐钛矿和板钛矿为介稳相。在高温热处理过程中，锐钛矿和板钛矿最终转变成金红石。不同晶型的氧化钛与氧化钒复合后的催化性能差别较大。一般情况下，以介稳相锐钛矿型氧化钛的钒钛化合物性能最佳。但是，在材料的制备或者应用过程中，材料往往需要面临高温环境，这容易导致钒钛化合物中的氧化钛出现转晶现象，生成金红石型氧化钛。而氧化钒易与金红石型氧化钛形成固溶体，显著降低钒钛化合物的催化性能^[3]。另外，氧化钒本身也会促进氧化钛发生转晶，以致钒钛化合物中金红石型氧化钛的生成温度低于常规的氧化钛，进一步加剧钒钛化合物催化性能的下降^[4]。

目前，大量的工作集中在如何解决钒钛化合物的稳定性差以保持其高性能的问题上。普遍的做法是引入结构助剂（钨、钼、铝、硅、钾等）来提高金红石型氧化钛的生成温度^[5]。结构助剂的添加虽然在一定程度上可以缓解锐钛矿型氧化钛转成金红石型氧化钛，但是也存在一系列的问题。例如，一些结构助剂对于氧化钒的分散状态影响较大，这容易造成钒钛化合物的催化性能大幅度下降；另外，例如在用于脱硝反应中的钒钛化合物，氧化钨或者氧化钼作为结构助剂，其使用量达到往往是化合物中氧化钒用量的8～10倍，这导致钒钛化合物的成本显著提升^[6]。因此，如何能够提高钒钛化合物稳定性的同时又保持其良好的性能，仍然是业界关注的焦点。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题提供一种钒钛化合物材料，该材料兼具良好的热稳定性和催化活性，作为催化剂氮氧化物脱除率高达98%，挥发性有机物转化率97%以上，且制备过程中无需添加任何结构助剂。

本发明的又一个目的是提供该钒钛化合物材料的制备方法，该方法具有过程简单，成本较低，适合大规模工业化生产等优点。

本发明目的可以通过以下措施达到：

一种高热稳定性高活性的钒钛化合物材料，该材料主要是由氧化钒和氧化钛复合而成，其中，氧化钒的含量为钒钛化合物材料质量的0.5～30%，钒钛化合物材料中的氧化钛晶型为锐钛矿或者TiO₂(B)中的一种或者两种混合。优选钒钛化合物材料中氧化钒的含量为钒钛化合物材料质量的1～10%，最优选钒钛化合物材料中氧化钒的含量为钒钛化合物材料质量的1～5%。

上述钒钛化合物材料的比表面积为1～200m²/g，孔容为0.005～0.8cm³/g，优选钒钛化合物材料的比表面积为1～120m²/g，孔容为0.01～0.4cm³/g。

上述高热稳定性高活性的钒钛化合物材料的制备方法，该方法包括以下步骤：将含有TiO₂(B)晶型的氧化钛加入到含有钒的前驱体溶液中，搅拌均匀，静置6～8小时，烘干，再在300～700℃条件下焙烧后获得。本发明所述的含有TiO₂(B)晶型的氧化钛为一部份晶型为TiO₂(B)的氧化钛或全部晶型为TiO₂(B)的氧化钛。优选TiO₂(B)晶型的氧化钛占全部氧化钛质量百分含量1～100%，进一步优选TiO₂(B)晶型的氧化钛占全部氧化钛质量百分含量的5～100%，最优选TiO₂(B)晶型的氧化钛占全部氧化钛质量百分含量5%。