[发明专利]一种高性能钛铈固溶体催化剂的制法及其制得的催化剂和用途

说明书

技术领域：

本发明涉及一种钛铈固溶体催化剂的制备方法及其制得的催化剂和在燃煤电厂烟气脱硝中的应用。 

背景技术：

随着人们环保意识的增强和国家相关法规的日益严格，大气污染治理吸引了众多研究者的注意。燃煤电厂烟气中氮氧化物（NO_x）的排放严重污染了大气环境，其治理已显得刻不容缓。经过诸多研究表明，NH₃选择性催化还原NO_x（NH₃-SCR）是燃煤电厂烟气脱硝最行之有效的方法。 

NH₃-SCR的反应方程式为4NO+4NH₃+O₂=4N₂+6H₂O，其商业化的工业催化剂为V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂，这一催化剂在300-400℃范围内表现出很好的催化性能，但是也存在一些不足，如：（1）V₂O₅在使用过程中容易升华脱落，进入环境会产生生物毒性；（2）操作温度窗口太窄，低温反应性能欠佳，高温时产生大量N₂O；（3）高温热稳定性不好。因此，开发一种高效、低价、环境友好的非钒基烟气脱硝催化剂已迫在眉睫。锐钛矿型TiO₂由于优异的抗SO₂中毒性能而被广泛用作燃煤电厂烟气脱硝催化剂的载体。然而，随着研究的不断深入，研究者们逐渐发现纯锐钛矿型TiO₂在使用过程中也存在一些问题，如：（1）机械强度差；（2）比表面积较小；（3）在高温下易转晶为金红石型TiO₂。为了克服以上缺点，我们尝试着将一些金属阳离子掺入锐钛矿型TiO₂的晶格形成钛基固溶体。CeO₂由于具有优异的氧化还原性能、空的d轨道、良好的储/释氧能力和丰富的氧空位而被广泛用于燃煤电厂烟气脱硝，如：有研究者将CeO₂负载到锐钛矿型TiO₂表面制得负载型CeO₂/TiO₂催化剂用于燃煤电厂烟气脱硝，这一催化剂表现出很好的催化性能。 

我们通过一种简便的氨水反滴加共沉淀法，结合锐钛矿型TiO₂与CeO₂的优势成功地制备出了钛铈固溶体催化剂，其兼具了锐钛矿型TiO₂和CeO₂的优势并有效地弥补了锐钛矿型TiO₂的不足，在燃煤电厂烟气脱硝中表现出极佳的催化性能。由于该方法所用原料廉价易得，操作简便快捷，能耗小，对设备无特殊要求，附加环境污染少，使其在燃煤电厂烟气脱硝领域有着潜在的应用前景。 

发明内容

本发明的目的：提供一种高效、低价、环境友好的钛铈固溶体催化剂的制备方法和由该方法制备的钛铈固溶体催化剂，以及该催化剂在燃煤电厂烟气脱硝中的应用。 

本发明的原理如下：由于钛离子和铈离子的溶度积（K_sp）不同，为使两种离子尽可能地同时沉淀，我们采用氨水反滴加共沉淀法来制备样品，分别将四氯化钛和硝酸铈铵溶解并混合均匀后逐滴滴加到过量的浓氨水中，使其沉淀完全，然后经过老化、过滤、洗涤、干燥、焙烧制得钛铈固溶体催化剂。 

本发明的技术方案如下： 

一种钛铈固溶体催化剂的制法，它是将四氯化钛和硝酸铈铵溶解于蒸馏水中，四氯化钛和硝酸铈铵的摩尔比为99:1-9:1，然后逐滴滴加到过量的浓氨水（13.2mol/L）中，使其沉淀完全，最后经过老化、过滤、洗涤、干燥、在空气气氛下经500℃焙烧，即制得钛铈固溶体催化剂。 

上述的制法，所述的四氯化钛溶解于蒸馏水中，其浓度为0.05-0.25mol/L。 

上述的制法，所述的四氯化钛溶解于蒸馏水中，所述的蒸馏水含有0.2%（v/v）的盐酸，以抑制四氯化钛的水解。 

一种上述的制法制得的钛铈固溶体催化剂。 

上述的钛铈固溶体催化剂在NH₃-SCR反应中的应用。 

上述的钛铈固溶体催化剂在燃煤电厂烟气脱硝中的应用。 

根据上述制备方法制备的钛铈固溶体催化剂，其很好地保持了TiO₂的锐钛矿晶型，相应的XRD结果见附图1所示。