[发明专利]一种杂多酸掺杂氧化铈SCR脱硝催化剂及制法和应用

说明书

本发明公开一种杂多酸掺杂氧化铈SCR脱硝催化剂，其特征在于，所述杂多酸为Keggin型磷钨酸HPW，其掺杂量为5wt%至15wt%。该催化剂以锐钛矿TiO₂为载体，其上负载的氧化铈CeO₂和Keggin型磷钨酸HPW混合物为活性组分，催化剂表示为CeO₂‑HPW/TiO₂。该催化剂中各组分含量如下：TiO₂和玻璃纤维65wt%至85wt%；CeO₂ 5 wt%至20wt%；HPW 5wt%至15wt%。本发明还公开了该催化剂的制法和应用。该催化剂具有较强的催化氧化还原能力和酸性位,在较低的反应温度下达到较高的催化剂反应活性,有效地提高了低温脱硝效率及抗硫性。

技术领域

本发明属于环境保护与环境催化领域，涉及中低温SCR脱硝反应催化剂，尤其涉及一种杂多酸掺杂氧化铈SCR脱硝催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氮氧化物( NOx) 属于一种主要的大气污染物，不仅造成一系列生态环境问题，如光化学烟雾，酸雨、臭氧层破坏、温室效应等，而且会对人类自身健康造成极大的危害。氮氧化物的减排和控制已成为了全球大气污染防治领域的研究热点和重点。

选择性催化还原（SCR）技术被认为是去除固定源排放氮氧化物的有效方法，已实现大规模的工业化应用。商用的SCR催化剂（如V₂O₅-WO₃/TiO₂和V₂O₅-MoO₃/TiO₂)，其活性温窗较高（通常在350～420 ℃），必须布置于空气预热器和省煤器之间，工程改造困难。同时大量工业锅炉与炉窑的排放烟气温度低，高温SCR技术的适应性不好。此外，钒系化合物具有生物毒性且易将SO₂氧化成SO₃。因此，研究和开发无钒的廉价中低温SCR催化剂具有重要的经济和实际意义。

近几十年来，国内外研究人员开发了包括过渡金属氧化物催化剂、贵重金属催化剂和离子交换分子筛催化剂等多种无钒脱硝催化剂，其中稀土金属氧化物催化剂的研究是目前国内外研究最多的催化剂之一。二氧化铈(CeO₂)作为一种储量丰富、无毒、相对便宜的稀土催化剂材料已被广泛应用于催化领域。CeO₂具有一定的酸性且因其Ce⁴⁺/Ce³⁺的可逆转换还具有良好的储放氧性能及氧流动性。有研究表明，Ce⁴⁺/Ce³⁺的可逆转换有助于形成不稳定的氧空位和氧自由基，二者所导致的表面化学吸附氧在SCR反应中起着至关重要的作用。纯CeO₂由于自身性能的原因，一般只有负载于特定的载体上才能实现大规模应用，且易受SO₂的影响。

SCR催化剂的研究主要集中在对催化剂的氧化还原能力的提高以及对催化剂的酸性位的增强上，其中，催化剂的酸性位直接影响着还原物质，如NH₃的吸附与活化，因此，对SCR性能起着至关重要的作用。当前，固体酸催化剂由于环境友好、不腐蚀设备、易分离、具有良好的催化活性及选择性受到了国内外学者的广泛关注，而杂多酸，如磷钨酸、磷钼酸等，作为一种的固体酸催化剂，以其独特的酸性、假液相行为、活泼的晶格氧、优良的热稳定性以及无毒、无味、不挥发、不腐烛等优点在催化领域已获得了广泛应用。

利用HPW的强酸性和良好的NOx吸附性能以及CeO₂的优异氧化还原性能，构建一种高效的SCR催化剂，从而实现氮氧化物在中低温段的有效脱除。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术而提供一种杂多酸掺杂氧化铈SCR脱硝催化剂及其制备方法和应用，并将该催化剂用于选择性催化还原NOx。本发明催化剂具有较强的催化氧化还原能力和酸性位，在较低的反应温度下达到较高的催化剂反应活性，有效地提高了低温脱硝效率及抗硫性。