[发明专利]一种以镍钛水滑石为前驱体的复合氧化物催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种以镍钛水滑石(NiTi‑LDH)为前驱体的复合氧化物催化剂及其制备方法和应用，属于污染控制与技术领域。本发明以六水合硝酸镍、钛酸丁酯为原料，以尿素为沉淀剂，去离子水为溶剂、洗涤剂，经溶液配制、油浴冷凝回流、抽滤洗涤、干燥等步骤，制得NiTi‑LDH前驱体；该前驱体经焙烧、压片，制得镍钛复合氧化物(NiTi‑LDO)脱硝催化剂。本发明同时提供了上述催化剂在氨气选择性催化还原(NH₃‑SCR)脱硝反应中的应用。由所述方法制备的NiTi‑LDO脱硝催化剂在240‑360°C范围内NO_x转化率超过90%，N₂选择性接近95%，抗硫毒化能力较好。

技术领域

本发明涉及一种以镍钛水滑石为前驱体的复合氧化物催化剂及其制备方法和应用，属于脱硝催化剂制备技术领域。

背景技术

随着燃煤工业的发展及机动车保有量的迅猛增加，大量化石燃料被消耗，致使氮氧化物(NO_x)过量排放，对人类健康及生存环境造成了严重的危害。随着人们环保意识的增强以及法规政策的日益严格，研究与治理NO_x已经成为国际环保领域的重要内容。NH₃-SCR技术由于其成熟高效的特性而成为国内外主流的脱硝技术，其效能发挥的关键是运行工况下适宜催化剂的制备。目前，钒钛系催化剂被广泛应用，然其后处理过程中组分毒性带来的负面影响不容忽视。因此，开发新型、环保、高效的催化剂体系仍是脱硝研究领域的一个重点课题。

发明内容

本发明旨在提供一种以镍钛水滑石为前驱体的复合氧化物催化剂及其制备方法和应用，具体以协同发挥Ni、Ti优势为切入点，原位制备NiTi-LDH有效组装Ni、Ti，通过调变焙烧温度及Ni、Ti比例，优化所得复合金属氧化物催化剂的氧化还原性和酸碱性，制备一种活性好、N₂选择性高、抗水抗硫性能强的NH₃-SCR催化剂。

本发明选择Ni、Ti金属的原因是：Ni基氧化物催化剂具有酸性位点丰富、氧化还原能力较强以及环境友好的特性，将其应用于NH₃-SCR脱硝反应，其N₂选择性接近100%，可以有效避免N₂O等有害气体的二次产生。TiO₂是优良的催化剂载体，具有比表面积大、价廉无毒的特性，同时其还兼具良好的抗硫性能。类水滑石（Layered Double Hydroxides，简称LDHs）是制备复合金属氧化物（LDO）催化剂的优良前驱体，以此制备的复合氧化物常具有较高的比表面积和规则有序的介孔结构，其晶格限域效应能够有效促进活性组分的分散，利于金属离子间的电子传递。本发明借助类水滑石前驱体有效组装Ni、Ti，协同发挥二者作用，制备出了催化性能优异且环境友好的NH₃-SCR脱硝催化剂。

本发明提供了一种以镍钛水滑石为前驱体的复合氧化物催化剂，以六水合硝酸镍、钛酸丁酯为原料，以尿素为沉淀剂，去离子水为溶剂、洗涤剂，经过配制溶液、油浴冷凝回流反应、抽滤洗涤、干燥步骤，制得NiTi-LDH前驱体；该前驱体经焙烧、压片，制得镍钛复合氧化物(NiTi-LDO)催化剂。

本发明提供了上述以镍钛水滑石为前驱体的复合氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）配制混合溶液：在圆底烧瓶中按比例称取六水合硝酸镍、尿素，量取钛酸丁酯，加入去离子水，磁力搅拌至充分溶解；

该步骤中，滴加2-3 mL乙醇促进原料的溶解；

（2）NiTi-LDH的制备：将步骤(1)制得的混合液放入磁力搅拌锅中油浴冷凝回流，在80-90 °C下溶解3-12 h，再将油浴温度调至100-110 °C，反应12-48 h，即得NiTi-LDH浑浊液，并测定所得浑浊液的pH值；

（3）抽滤洗涤：将步骤(2)所得浑浊液抽滤水洗至中性，在60-80 °C的条件下干燥过夜，得到NiTi-LDH前驱体；