[发明专利]通过浆液浸渍法制备涂层式V2O5-WO3-TiO2-SiO2催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在堇青石上负载V₂O₅-WO₃-TiO₂-SiO₂涂层式SCR催化剂的方法，可用于高空速、含硫量较高的柴油机尾气氮氧化物的选择性催化还原，属于氮氧化物还原催化剂制备领域。

背景技术

氮氧化物是造成酸雨、酸雾、光化学烟雾、温室效应和臭氧层破坏等诸多环境问题的主要污染物之一，近30年来受到极大关注，并相应产生诸多控制技术。柴油机尾气中也含有大量的氮氧化物，据研究表明其贡献高达人为氮氧化物排放量的10％，且近年来对柴油机氮氧化物排放的控制标准日益严格。

尿素选择性催化还原(Urea-SCR)系统是降低重型柴油机氮氧化物最有效的技术措施之一，该方法具有效率高、选择性好和经济性等优点。随着排放法规的日益严格和尿素SCR技术的发展，该技术在欧洲等发达国家和地区得到广泛的应用。

柴油机脱硝催化剂主要有三种类型：贵金属催化剂、金属氧化物催化剂及沸石类催化剂。贵金属催化剂虽起步较早，但由于选择性和高温稳定性较差限制了它的广泛应用。沸石类催化剂在欧美有广泛的应用，但其抗硫性、水热稳定性差。金属氧化物催化剂中钒基催化剂负载于二氧化钛已经使用多年，而且由于其较高的脱硝活性、抗硫性仍然是最好的商业催化剂。研究表明，在一些新兴市场国家，柴油机中的硫含量可能达到2000ppm,商业钒系SCR催化剂用于柴油机尾气脱硝有很好的应用前景。我国柴油就存在硫含量普遍高的现象，我国除北京、上海、广州以外的大部分地区柴油中硫含量都超过50ppm,有的甚至高达350-2000ppm。因此抗硫性是选择催化还原催化剂必须考虑的问题。

目前，在实验室条件下大部分的脱硝催化剂为粉末状，然而这种催化剂由于压降较大不适合于工业应用，因此整体式催化剂成为实际应用中最为普遍的形式。挤压式催化剂是目前认为最有效的技术，该方法是按照催化剂成分制浆，挤压成一定形状然后干燥煅烧，但由于处于中心的催化剂未直接和烟气接触，并没有完全被利用。而且该工艺需要大量的催化剂粉末，造价较高，同时该方法制备过程较为复杂。因此开发一种具有成本较低且制备方法简单的催化剂势在必行。涂层式催化剂是一种较好的选择，它是将活性成分负载于多孔性材料基体上，通过催化剂粉末的均匀负载实现催化作用，极大地降低了催化剂粉末用量从而降低催化剂成本。

一般使用的基体为堇青石蜂窝陶瓷，其化学表达式为2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂，其具有热稳定性好、机械强度高、热膨胀系数低、与涂层兼容性好和价格低廉等诸多优点。鉴于上述诸多优点，堇青石蜂窝陶瓷已经在汽油机三效催化剂中大面积应用。用于汽油机三效催化剂载体为三氧化铝，三氧化铝的粘结性较好，可以比较容易与堇青石蜂窝陶瓷结合，而用于尿素-SCR催化剂的载体为TiO₂，该材料与堇青石蜂窝陶瓷结合能力较弱，一般很难完成负载。

一般涂层式整体催化剂的制备包括两个或三个步骤。首先是将直接载体，如Al₂O₃、TiO₂、SiO₂负载于堇青石基体；然后通过浸渍于一定浓度活性物质配置而成的盐类进行负载。如将V₂O₅-WO₃-TiO₂负载于堇青石蜂窝陶瓷，首先是将TiO₂负载于堇青石，然后浸渍于一定浓度的偏钒酸铵、钨酸铵溶液，或分别浸渍于偏钒酸铵和钨酸铵溶液。目前将TiO₂负载于堇青石上多采用溶胶-凝胶法、化学气相沉积和浆液浸渍法。但研究表明溶胶凝胶法负载次数多，TiO₂在载体上分布的均匀性、结合性欠理想。尽管通过化学气相沉积，TiO₂能够均匀的沉积于基体表面，而且TiO₂的负载率高、结合强度高、比表面积大。但该过程工艺复杂、能耗高，采用较少。而浆液浸渍法最大的优势是制备方法简单。此外反应物扩散到催化活性物质表面距离短，催化剂可直接负载于基体上。本发明提出了通过浆液浸渍法制备涂层式V₂O₅-WO₃-TiO₂-SiO₂催化剂，可提高催化剂与基体的结合能力，实现烟气尾气的高效率脱硝。

发明内容