CN114534712A - 一种钒钛反转催化剂及其制备方法和用途 - Google Patents

一种钒钛反转催化剂及其制备方法和用途 Download PDF

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CN114534712A CN202210092072.8A CN202210092072A CN114534712A CN 114534712 A CN114534712 A CN 114534712A CN 202210092072 A CN202210092072 A CN 202210092072A CN 114534712 A CN114534712 A CN 114534712A
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余运波
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Abstract

本发明提供了一种钒钛反转催化剂及其制备方法与用途,所述钒钛反转催化剂包括TiO2负载和V2O5载体,其制备方法包括如下步骤:(1)混合V2O5载体、钛源以及复合溶剂,充分搅拌并干燥后,得到催化剂前体;(2)步骤(1)所得催化剂前体进行焙烧,得到所述的钒钛反转催化剂。所述钒钛反转催化剂通过组分配比以及制备方法的工艺调整,使其具有较宽的温度窗口,且在低温下具有较高的NOx转化率。

Description

一种钒钛反转催化剂及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于催化技术领域,涉及一种钒钛催化剂,具体涉及一种钒钛反转催化剂及其制备方法和用途。
背景技术
氮氧化物NOx是大气的重要污染源之一,可以导致酸雨、光化学烟雾以及臭氧层破坏等不容忽视的环境污染问题。工业源NOx的排放量巨大,因此,烟气脱硝技术成为工业领域广泛应用的有效脱硝手段。烟气脱硝技术中选择性催化还原法(Selective CatalyticReduction,SCR)对工业烟气NOx控制效果显著、技术成熟,其中催化剂作为SCR系统中最关键的部分,会直接影响脱除NOx效果。
目前NH3为还原剂选择性催化还原NOx的NH3-SCR技术主要以TiO2为载体,V2O5钒氧化物为活性组分形成钒钛催化剂,广泛应用于工业火电厂等固定源烟气脱硝处理系统。
CN 101869833B公开了一种用于锅炉中温烟气的SCR脱硝的催化剂及制备方法,所述催化剂为SiO2-TiO2复合载体上负载V2O5和WO3氧化物,所述V2O5的催化剂成分占整体质量比为1%-2%,所述催化剂在操作温度300-420℃下最高达到90%的NOx脱除效率。中温烟气的脱硝效果显著,但低操作温度下脱硝效率的研究对目前工业源脱硝处理更为迫切,且低操作温度下催化活性普遍较低。
CN 113385199A公开了一种硫酸化钒铬钛脱硝催化剂及其制备方法和应用,所述催化剂采用二氧化钛作为载体,V2O5为主活性组分,Cr2O3为助剂,并且经过硫酸化处理得到,V2O5与Cr2O3之间的协同效应提高了催化剂脱硝活性和抗硫性,在操作温度250-450℃范围内,NOx净化效率达80%以上,上述催化剂的操作温度窗口宽且脱硝效果好,但助剂的加入以及硫酸化处理使得工艺复杂,得到的催化效果没有同类不作上述处理的催化剂好。
CN 109718757A公开了一种钒硅钛复合氧化物催化剂的制备方法,所述制备方法步骤为:将模板剂混合物、二氧化硅前驱体、钛前驱体混合反应,经冷却过滤烘干后煅烧制得SiO2-TiO2纳米复合物,负载1%(w/w)V2O5得到上述催化剂。上述催化剂具有较好的N2选择性,操作温度达到400℃时NO转化率可以达到80%但在操作温度较低时NO转化率低,不能满足宽操作温度窗口的条件。
针对现有技术的不足,亟需提供一种操作温度窗口宽、低温下NOx转化率高的适用于工业烟气脱硝处理的催化剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钒钛反转催化剂及其制备方法与用途,所述钒钛反转催化剂通过组分配比以及制备方法的工艺调整,使其具有较宽的温度窗口,且在200000h-1空速,210-375℃温度区间能够达到80%以上的NOx转化率。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种钒钛反转催化剂,所述钒钛反转催化剂包括TiO2负载和V2O5载体。
本领域常规的催化剂以TiO2为载体,V2O5作为活性组分,本发明提供了一种以TiO2为负载,以V2O5为载体的催化剂,该催化剂能够充分发挥TiO2负载与V2O5载体之间的协同作用,提升催化活性,使该催化剂具有较宽的温度窗口,且在低温下仍然具有较高的NOx转化率。
优选地,所述钒钛反转催化剂中TiO2负载的质量百分数为2-15wt%,例如可以是2wt%、4wt%、6wt%、8wt%、10wt%、12wt%或15wt%,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
当钒钛反转催化剂中TiO2负载的质量百分数低于2wt%时,催化剂的NOx转化率较低;而当钒钛反转催化剂中TiO2负载的质量百分数高于15wt%时,催化剂的NOx转化率不再继续提升。
第二方面,本发明提供了如第一方面所述的钒钛反转催化剂的制备方法,所述制备方法包括如下步骤:
(1)混合V2O5载体、钛源以及复合溶剂,充分搅拌并干燥后,得到催化剂前体;
(2)步骤(1)所得催化剂前体进行焙烧,得到所述的钒钛反转催化剂。
相较于以TiO2为载体,V2O5为活性组分的传统钒钛催化剂制备方法,本发明提供的钒钛反转催化剂制备方法可以将TiO2负载暴露在V2O5表面,有利于发挥V2O5与TiO2之间的协同作用,显著提升中低温段钒钛催化剂的活性。
以钛源中的钛全部负载于V2O5载体记,本发明步骤(1)所述V2O5载体与钛源的质量比为满足钒钛反转催化剂中TiO2负载的质量百分数为2-15wt%。
优选地,步骤(1)所述混合的顺序为:首先将钛源溶于复合溶剂中,再加入V2O5载体,搅拌进行混合。
本发明通过首先将钛源溶于复合溶剂中,再加入V2O5载体,使钛源充分溶解及解离,有利于TiO2负载完全且负载均匀。
优选地,所述搅拌的时间为0.5-2h,所述搅拌的转速为150-500rpm。
所述搅拌的时间为0.5-2h,例如可以是0.5h、1h、1.2h、1.5h或2h,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
所述搅拌的转速为150-500rpm,例如可以是150rpm、200rpm、250rpm、300rpm、350rpm、400rpm、450rpm或500rpm,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,所述搅拌的温度为10-30℃,例如可以是10℃、15℃、20℃、25℃或30℃,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述钛源包括钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、钛酸甲酯或钛酸四乙酯中的任意一种或至少两种的组合,典型但非限制性的组合包括钛酸四丁酯与钛酸四异丙酯的组合,钛酸四异丙酯与钛酸甲酯的组合,钛酸甲酯与钛酸四乙酯的组合,或钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、钛酸甲酯与钛酸四乙酯的组合。
优选地,步骤(1)所述复合溶剂包括体积比为(20-500):1的无水乙醇与去离子水,例如可以是20:1、50:1、100:1、200:1、300:1、400:1或500:1,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述V2O5载体、钛源以及复合溶剂混合后固含量为10-50%,例如可以是10%、20%、30%、40%或50%,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述干燥的温度为60-120℃,时间为3-48h。
步骤(1)所述干燥的温度为60-120℃,例如可以是60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃或120℃,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
步骤(1)所述干燥的时间为3-48h,例如可以是3h、5h、10h、15h、20h、25h、30h、35h、40h、45h或48h,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(2)所述焙烧在含氧气氛中进行,焙烧温度为350-600℃,时间为2-5h。
步骤(2)所述焙烧气氛为含氧气氛,例如可以是空气气氛和/或氧气气氛。
步骤(2)所述焙烧温度为350-600℃,例如可以是350℃、400℃、450℃、500℃或600℃,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
步骤(2)所述焙烧时间为2-5h,例如可以是2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h或5h,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(2)所述焙烧的升温速率为1-10℃/min,例如可以是1℃/min、2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min或10℃/min,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述V2O5载体采用如下方法制备得到:
(a)混合V2O5、氧化剂与溶剂至V2O5溶解,得到溶解液;
(b)均匀混合异丙醇与步骤(a)所得溶解液,水热反应后固液分离,并用无水乙醇清洗后,热处理所得固体,得到所述V2O5载体。
所述方法制备得到的V2O5载体较市售的V2O5,具有比表面积大、吸附能力强以及催化活性好等优点。
优选地,步骤(a)所述混合的顺序为:首先将所述V2O5超声分散在溶剂中,再加入氧化剂,搅拌进行混合。
所述混合顺序可以使V2O5快速溶解并稀释氧化剂,若直接将V2O5与氧化剂混合,可能会降低V2O5的溶解速度,且氧化剂未经稀释可能会发生爆炸等危险。
优选地,步骤(a)所述混合的温度为10-30℃,例如可以是10℃、15℃、20℃、25℃或30℃,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(a)所述氧化剂包括过氧化氢。
优选地,步骤(a)所述溶剂包括去离子水。
优选地,步骤(a)所述V2O5与氧化剂的质量比为1:(280-320),例如可以是1:280、1:290、1:300、1:310或1:320,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(a)所述V2O5与溶剂的质量比为1:(80-120),例如可以是1:80、1:90、1:100、1:110或1:120,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(b)所述异丙醇与溶解液的体积比为1:(1.2-1.8),例如可以是1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5、1:1.6、1:1.7或1:1.8,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(b)所述水热反应的温度为160-250℃,时间为10-20h。
步骤(b)所述水热反应的温度为160-250℃,例如可以是160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
步骤(b)所述水热反应的时间为10-20h,例如可以是10h、12h、14h、15h、16h、18h或20h,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(b)所述热处理在含氧气氛中进行,例如可以是空气气氛和/或氧气气氛。
优选地,步骤(b)所述热处理的升温速率为0.5-5℃/min,温度为350-600℃。
步骤(b)所述热处理的升温速率为0.5-5℃/min,例如可以是0.5℃/min、1.0℃/min、1.5℃/min、2.0℃/min、2.5℃/min、3.0℃/min、3.5℃/min、4.0℃/min、4.5℃/min或5.0℃/min,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
步骤(b)所述热处理的温度为350-600℃,例如可以是350℃、400℃、450℃、500℃、550℃或600℃,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(b)所述热处理的时间为2-5h,例如可以是2h、2.5h、3h、3.5h或4h、4.5h或5h,但不限于所列举的数值,数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明第二方面所述制备方法的优选技术方案,所述制备方法包括如下步骤:
(1)将钛源溶于复合溶剂中,再加入V2O5载体,在10-30℃温度、150-500rpm转速下混合0.5-2h,60-120℃干燥3-48h后,得到催化剂前体;
(2)步骤(1)所得催化剂前体在含氧气氛下,升温速率为1-10℃/min的350-600℃焙烧2-5h,得到所述钒钛反转催化剂。
步骤(1)所述V2O5载体采用如下方法制备得到:
(a)将V2O5超声分散在溶剂中,再加入氧化剂,在10-30℃下搅拌混合至V2O5溶解,得到溶解液;
(b)均匀混合体积比为1:(1.2-1.8)的异丙醇与步骤(a)所得溶解液,在160-250℃下水热反应10-20h,然后固液分离,并用无水乙醇清洗后,在升温速率为0.5-5℃/min的350-600℃含氧气氛中热处理2-5h所得固体,得到所述V2O5载体。
第三方面,本发明提供了如第一方面所述的钒钛反转催化剂的用途,所述钒钛反转催化剂用于氨选择性催化还原氮氧化物。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明提供的钒钛反转催化剂以TiO2为负载,以V2O5为载体,由本发明提供的方法制备得到的钒钛反转催化剂,催化活性最佳的TiO2活性组分的质量百分数为10wt%;由本发明提供的方法制备得到的钒钛反转催化剂在200000h-1空速下,210-375℃的宽温度窗口内可达到80%以上的NOx转化率,对氨选择性催化还原NOx具有显著效果。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种钒钛反转催化剂,所述钒钛反转催化剂包括TiO2负载和V2O5载体,所述钒钛反转催化剂中TiO2负载的质量百分数为10wt%;
所述钒钛反转催化剂采用如下制备方法得到,所述制备方法包括如下步骤:
(1)将钛酸四丁酯溶于体积比为20:1的无水乙醇与水的复合溶剂中,再加入V2O5载体,使V2O5载体、钛酸四丁酯以及复合溶剂混合后固含量为10wt%,在10℃温度、150rpm转速下混合0.5h,在60℃干燥48h,得到催化剂前体;
(2)步骤(1)所得催化剂前体在含氧气氛下,以1℃/min的升温速率升温至350℃,焙烧5h,得到所述钒钛反转催化剂;
步骤(1)所述V2O5载体采用如下方法制备得到:
(a)将V2O5超声分散在去离子水中,再加入过氧化氢,在10℃下搅拌混合至V2O5溶解,得到溶解液;所述V2O5、过氧化氢和去离子水的质量比为1:300:100;
(b)均匀混合体积比为1:1.5的异丙醇与步骤(a)所得溶解液,在160℃下水热反应20h,然后固液分离,并用无水乙醇清洗后,以0.5℃/min的升温速率升温至350℃,在含氧气氛中热处理所得固体5h,得到所述V2O5载体。
实施例2
本实施例提供了一种钒钛反转催化剂,所述钒钛反转催化剂包括TiO2负载和V2O5载体,所述钒钛反转催化剂中TiO2活性组分的质量百分数为10wt%;
所述钒钛反转催化剂采用如下制备方法得到,所述制备方法包括如下步骤:
(1)将钛酸四异丙酯溶于体积比为200:1的无水乙醇与水的复合溶剂中,再加入V2O5载体,使V2O5载体、钛酸四异丙酯以及复合溶剂混合后固含量为20wt%,在15℃温度、200rpm转速下混合1h,在80℃干燥24h后,得到催化剂前体;
(2)步骤(1)所得催化剂前体在含氧气氛下,以5℃/min的升温速率升温至400℃,焙烧4h,得到所述钒钛反转催化剂;
步骤(1)所述V2O5载体采用如下方法制备得到:
(a)将V2O5超声分散在去离子水中,再加入过氧化氢,在15℃下搅拌混合至V2O5溶解,得到溶解液;所述V2O5、过氧化氢和去离子水的质量比为1:290:90;
(b)均匀混合体积比为1:1.4的异丙醇与步骤(a)所得溶解液,在180℃下水热反应15h,然后固液分离,并用无水乙醇清洗后,以1℃/min的升温速率升温至400℃,在含氧气氛中热处理4h所得固体,得到所述V2O5载体。
实施例3
本实施例提供了一种钒钛反转催化剂,所述钒钛反转催化剂包括TiO2负载和V2O5载体,所述钒钛反转催化剂中TiO2活性组分的质量百分数为10wt%;
所述钒钛反转催化剂采用如下制备方法得到,所述制备方法包括如下步骤:
(1)将钛酸甲酯溶于体积比为300:1的无水乙醇与水的复合溶剂中,再加入V2O5载体,使V2O5载体、钛酸甲酯以及复合溶剂混合后固含量为30wt%,在20℃温度、300rpm转速下混合1.5h,在100℃干燥12h后,得到催化剂前体;
(2)步骤(1)所得催化剂前体在含氧气氛下,以8℃/min的升温速率升温至450℃,焙烧3h,得到所述钒钛反转催化剂;
步骤(1)所述V2O5载体采用如下方法制备得到:
(a)将V2O5超声分散在去离子水中,再加入过氧化氢,在20℃下搅拌混合至V2O5溶解,得到溶解液;所述V2O5、过氧化氢和去离子水的质量比为1:310:110;
(b)均匀混合体积比为1:1.6的异丙醇与步骤(a)所得溶解液,在200℃下水热反应12h,然后固液分离,并用无水乙醇清洗后,以2℃/min的升温速率升温至450℃,在含氧气氛中热处理3h所得固体,得到所述V2O5载体。
实施例4
本实施例提供了一种钒钛反转催化剂,所述钒钛反转催化剂包括TiO2负载和V2O5载体,所述钒钛反转催化剂中TiO2活性组分的质量百分数为10wt%;
所述钒钛反转催化剂采用如下制备方法得到,所述制备方法包括如下步骤:
(1)将钛酸四乙酯溶于体积比为400:1的无水乙醇与水的复合溶剂中,再加入V2O5载体,使V2O5载体、钛酸四乙酯以及复合溶剂混合后固含量为40wt%,在25℃温度、400rpm转速下混合1.7h,在110℃干燥8h后,得到催化剂前体;
(2)步骤(1)所得催化剂前体在含氧气氛下,以9℃/min的升温速率升温至500℃,焙烧2.5h,得到所述钒钛反转催化剂;
步骤(1)所述V2O5载体采用如下方法制备得到:
(a)将V2O5超声分散在去离子水中,再加入过氧化氢,在25℃下搅拌混合至V2O5溶解,得到溶解液;所述V2O5、过氧化氢和去离子水的质量比为1:280:120;
(b)均匀混合体积比为1:1.2的异丙醇与步骤(a)所得溶解液,在220℃下水热反应11h,然后固液分离,并用无水乙醇清洗后,以3℃/min的升温速率升温至500℃,在含氧气氛中热处理2.5h所得固体,得到所述V2O5载体。
实施例5
本实施例提供了一种钒钛反转催化剂,所述钒钛反转催化剂包括TiO2负载和V2O5载体,所述钒钛反转催化剂中TiO2活性组分的质量百分数为10wt%;
所述钒钛反转催化剂采用如下制备方法得到,所述制备方法包括如下步骤:
(1)将钛酸四丁酯溶于体积比为500:1的无水乙醇与水的复合溶剂中,再加入V2O5载体,使V2O5载体、钛酸四丁酯以及复合溶剂混合后固含量为50wt%,在30℃温度、500rpm转速下混合2h,在120℃干燥3h后,得到催化剂前体;
(2)步骤(1)所得催化剂前体在含氧气氛下,以10℃/min的升温速率升温至600℃,焙烧2h,得到所述钒钛反转催化剂;
步骤(1)所述V2O5载体采用如下方法制备得到:
(a)将V2O5超声分散在去离子水中,再加入过氧化氢,在30℃下搅拌混合至V2O5溶解,得到溶解液;所述V2O5、过氧化氢和去离子水的质量比为1:320:80;
(b)均匀混合体积比为1:1.8的异丙醇与步骤(a)所得溶解液,在250℃下水热反应10h,然后固液分离,并用无水乙醇清洗后,以5℃/min的升温速率升温至600℃,在含氧气氛中热处理2h所得固体,得到所述V2O5载体。
实施例6
本对比例提供了一种钒钛反转催化剂,所述钒钛反转催化剂的制备方法与实施例1的区别在于,将制备得到的V2O5载体等量替换成市售V2O5,其余均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供了一种钒钛反转催化剂,所述钒钛反转催化剂与实施例1的区别仅在于,除了改变V2O5载体与钛酸四丁酯的比例,使钒钛反转催化剂中TiO2负载的质量百分数为2wt%外,其余均与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供了一种钒钛反转催化剂,所述钒钛反转催化剂与实施例1的区别仅在于,除了改变V2O5载体与钛酸四丁酯的比例,使钒钛反转催化剂中TiO2负载的质量百分数为5wt%外,其余均与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供了一种钒钛反转催化剂,所述钒钛反转催化剂与实施例1的区别仅在于,除了改变V2O5载体与钛酸四丁酯的比例,使钒钛反转催化剂中TiO2负载的质量百分数为8wt%外,其余均与实施例1相同。
实施例10
本实施例提供了一种钒钛反转催化剂,所述钒钛反转催化剂与实施例1的区别仅在于,除了改变V2O5载体与钛酸四丁酯的比例,使钒钛反转催化剂中TiO2负载的质量百分数为15wt%外,其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供了一种钒钛反转催化剂,所述钒钛反转催化剂与实施例1的区别仅在于,除了改变V2O5载体与钛酸四丁酯的比例,使钒钛反转催化剂中TiO2负载的质量百分数为20wt%外,其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供了一种钒基催化剂,所述钒基催化剂与实施例1的区别在于,所述钒基催化剂中无TiO2负载,其余均与实施例1相同;
所述钒基催化剂的制备方法与实施例1的区别在于,仅用V2O5纳米片作为所述钒基催化剂,其余均与实施例1相同。
以上实施例和对比例提供的钒钛反转催化剂的测试方法、测试条件和结果如下:
性能测试
(1)将实施例1-10以及对比例1-2提供的钒钛反转催化剂分别进行研磨和过筛,取40-60目颗粒160mg装载在固定床反应器,然后在NH3=500ppm,NO=500ppm,O2=5%,N2作平衡气,气体总流量为500mL/min,反应空速为200000h-1的条件进行性能测试,测试结果如表1所示。
(2)将实施例1-10以及对比例1-2提供的钒钛反转催化剂分别进行研磨和过筛,取40-60目颗粒160mg装载在固定床反应器,然后在NH3=500ppm,NO=500ppm,O2=5%,H2O=5%,N2作平衡气,气体总流量为500mL/min,反应空速为200000h-1的条件进行测试,测试结果如表2所示。
(3)将实施例1-10以及对比例1-2提供的钒钛反转催化剂分别进行球磨后,分别涂敷在100目堇青石蜂窝陶瓷载体上,上载率为15%,然后在NH3=1500ppm,NO=1500ppm,O2=15%,H2O=5%,N2作平衡气,气体总流量为16000mL/min,反应空速为15000h-1的条件进行测试,测试结果如表3所示。
表1
Figure BDA0003489576370000141
表2
Figure BDA0003489576370000142
Figure BDA0003489576370000151
表3
Figure BDA0003489576370000152
通过表1-3可以看出:
(1)由实施例1-5可知,本发明提供的方法制备得到的钒钛反转催化剂在200000h-1空速下,210-375℃的宽温度窗口内可达到80%以上的NOx转化率,对氨选择性催化还原NOx具有显著效果;
(2)由实施例1与实施例7-10对比可知,所述钒钛反转催化剂催化还原NOx的转化率随着TiO2负载质量百分数增加而升高,增加到一定数值后,继续增加TiO2负载的质量百分比,催化剂活性不再继续增加;由此可知,TiO2负载含量在2-10wt%时,TiO2负载量增加,对催化活性提升越显著,NOx的转化率越高;
(3)由实施例1与实施例6对比可知,所述钒钛反转催化剂的制备方法中等量替换成市售V2O5载体制备得到的钒钛反转催化剂,其催化还原NOx的转化率有所降低,由此可知本发明提供的V2O5纳米片更有利于TiO2负载,从而提升催化活性。
(4)由实施例1与对比例1对比可知,所述钒钛反转催化剂中TiO2负载组分超过10wt%时,随着TiO2负载量提升,催化剂活性开始逐渐下降。这是因为过多的TiO2负载覆盖了V2O5表面,抑制了V2O5与TiO2的协同作用,导致催化剂活性下降;
(5)由实施例1与对比例2对比可知,所述钒钛反转催化剂中无TiO2负载时,V2O5催化还原NOx的转化率显著降低,尤其在较低的温度下NOx转化率下降明显;由此可知,V2O5与TiO2的协同作用可以有效提高催化剂低温下的催化活性。
综上所述,本发明提供的钒钛反转催化剂以TiO2为负载,以V2O5为载体,由本发明提供的方法制备得到的钒钛反转催化剂,催化活性最佳的TiO2活性组分的质量百分数为10wt%;由本发明提供的方法制备得到的钒钛反转催化剂在200000h-1空速下,210-375℃的宽温度窗口内可达到80%以上的NOx转化率,对氨选择性催化还原NOx具有显著效果。
以上所述仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,所属技术领域的技术人员应该明了,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种钒钛反转催化剂,其特征在于,所述钒钛反转催化剂包括TiO2负载和V2O5载体。
2.根据权利要求1所述的钒钛反转催化剂,其特征在于,所述钒钛反转催化剂中TiO2负载的质量百分数为2-15wt%。
3.一种如权利要求1或2所述的钒钛反转催化剂的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:
(1)混合V2O5载体、钛源以及复合溶剂,充分搅拌并干燥后,得到催化剂前体;
(2)步骤(1)所得催化剂前体进行焙烧,得到所述的钒钛反转催化剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述混合的顺序为:首先将钛源溶于复合溶剂中,再加入V2O5载体,搅拌进行混合;
优选地,所述搅拌的时间为0.5-2h,所述搅拌的转速为150-500rpm;
优选地,所述搅拌的温度为10-30℃;
优选地,步骤(1)所述钛源包括钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、钛酸甲酯或钛酸四乙酯中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,步骤(1)所述复合溶剂包括体积比为(20-500):1的无水乙醇与去离子水;
优选地,步骤(1)所述V2O5载体、钛源以及复合溶剂混合后固含量为10-50%;
优选地,步骤(1)所述干燥的温度为60-120℃,时间为3-48h。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述焙烧在含氧气氛中进行,焙烧温度为350-600℃,时间为2-5h;
优选地,步骤(2)所述焙烧的升温速率为1-10℃/min。
6.根据权利要求3-5任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述V2O5载体采用如下方法制备得到:
(a)混合V2O5、氧化剂与溶剂至V2O5溶解,得到溶解液;
(b)均匀混合异丙醇与步骤(a)所得溶解液,水热反应后固液分离,并用无水乙醇清洗后,热处理所得固体,得到所述V2O5载体。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤(a)所述混合的顺序为:首先将所述V2O5超声分散在溶剂中,再加入氧化剂,搅拌进行混合;
优选地,步骤(a)所述混合的温度为10-30℃;
优选地,步骤(a)所述氧化剂包括过氧化氢;
优选地,步骤(a)所述溶剂包括去离子水;
优选地,步骤(a)所述V2O5与氧化剂的质量比为1:(280-320);
优选地,步骤(a)所述V2O5与溶剂的质量比为1:(80-120)。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法,其特征在于,步骤(b)所述异丙醇与溶解液的体积比为1:(1.2-1.8);
优选地,步骤(b)所述水热反应的温度为160-250℃,时间为10-20h;
优选地,步骤(b)所述热处理在含氧气氛中进行;
优选地,步骤(b)所述热处理的升温速率为0.5-5℃/min,温度为350-600℃;
优选地,步骤(b)所述热处理的时间为2-5h。
9.根据权利要求3-8任一项所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:
(1)将钛源溶于复合溶剂中,再加入V2O5载体,在10-30℃温度、150-500rpm转速下混合0.5-2h,60-120℃干燥3-48h后,得到催化剂前体;
(2)步骤(1)所得催化剂前体在含氧气氛下,升温速率为1-10℃/min的350-600℃焙烧2-5h,得到所述钒钛反转催化剂;
步骤(1)所述V2O5载体采用如下方法制备得到:
(a)将V2O5超声分散在溶剂中,再加入氧化剂,在10-30℃下搅拌混合至V2O5溶解,得到溶解液;V2O5、氧化剂与溶剂的质量比为1:(280-320):(80-120);
(b)均匀混合体积比为1:(1.2-1.8)的异丙醇与步骤(a)所得溶解液,在160-250℃下水热反应10-20h,然后固液分离,并用无水乙醇清洗后,在升温速率为0.5-5℃/min的350-600℃含氧气氛中热处理2-5h所得固体,得到所述V2O5载体。
10.一种如权利要求1或2所述的钒钛反转催化剂的用途,其特征在于,所述钒钛反转催化剂用于氨选择性催化还原氮氧化物。
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