阅读说明：本技术 一种硫酸氧钛负载五氧化二铌的高温脱硝催化剂 (High-temperature denitration catalyst of titanyl sulfate-loaded niobium pentoxide ) 是由 王勇 薛薇 王飞 杨杭生 于 2021-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种硫酸氧钛负载五氧化二铌的高温脱硝催化剂,该高温脱硝催化剂采用硫酸氧钛(TiOSO-(4))作为五氧化二铌(Nb-(2)O-(5))催化剂的载体；利用TiOSO-(4)表面的强酸性保证在高温下仍然能够有效吸附NH-(3),从而有利于高温SCR反应的进行。在此基础上,将五氧化二铌(Nb-(2)O-(5))负载于硫酸氧钛(TiOSO-(4))载体上,利用Nb-(2)O-(5)较弱的氧化能力,在保证有效催化脱硝反应的同时,成功抑制高温下NH-(3)的深度氧化反应,保证了催化剂在300-500℃的高温脱硝活性和优异氮气选择性。(The invention discloses a high-temperature denitration catalyst of titanyl sulfate-loaded niobium pentoxide, which adopts titanyl sulfate (TiOSO) 4 ) As niobium pentoxide (Nb) 2 O 5 ) A support for the catalyst; using TiOSO 4 The strong acidity of the surface ensures that NH can still be effectively adsorbed at high temperature 3 Thereby being beneficial to the high-temperature SCR reaction. On the basis of the above-mentioned material, niobium pentoxide (Nb) 2 O 5 ) Supported on titanyl sulfate (TiOSO) 4 ) On a carrier, using Nb 2 O 5 Weak oxidizing power, in heat preservationWhile proving to effectively catalyze the denitration reaction, successfully inhibit NH at high temperature 3 The deep oxidation reaction ensures the high-temperature denitration activity and excellent nitrogen selectivity of the catalyst at the temperature of 300-500 ℃.)

一种硫酸氧钛负载五氧化二铌的高温脱硝催化剂

技术领域

本发明属于环保技术和脱硝催化领域，具体涉及一种硫酸氧钛负载五氧化二铌的高温脱硝催化剂。

背景技术

NO_x的过量排放带来了酸雨、光化学烟雾、温室效应等一系列环境问题，同时NO_X还具有一定的生物毒性，不利于人体健康。当前，社会发展对环境保护提出了更高的要求，氮氧化物的排放标准也越来越严格，这就需要更加先进的氮氧化物脱除技术。目前商业化应用最广泛的是SCR脱硝技术，其核心是V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂，它在300-400℃具有近乎100％的催化性能。但是，该催化剂在高温下会导致NH₃的深度氧化，产生大量的副产物N₂O，使脱硝性能下降并降低N₂选择性，而且V₂O₅具有生物毒性，回收处理困难。

随着多孔陶瓷基高温除尘脱硝一体化技术的出现，除尘的工作温度可以克服目前布袋不耐高温的缺点而达接近500℃，所以需要开发400-500℃下的新型催化剂，以适用脱硝除尘一体化技术的应用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于高温烟气温度范围为400-500℃的高稳定性的NH₃-SCR脱硝催化剂。目前，已有研究表明将经过硫酸处理的TiO₂作为载体可以增强催化剂表面吸附NH₃的能力，从而有利于高温SCR反应，然而，经过发明人研究发现，这种方式不仅制备方法复杂，而且对表面酸性的提高有限。为了解决现有高温脱硝催化剂技术的不足，本发明创新性地采用TiOSO₄作为Nb₂O₅基催化剂的载体，通过简单的机械球磨法制备得高温脱硝催化剂。

本发明采用以下技术方案实现：

一种硫酸氧钛负载五氧化二铌的高温脱硝催化剂，所述催化剂中TiOSO₄的质量百分含量为0.1-30％；Nb₂O₅的质量百分含量为70-99.9％。

所述催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将合适质量比的硫酸氧钛与铌盐混合放入球磨罐中进行机械球磨；

(2)机械球磨后的固体进行高温煅烧，即得到TiOSO₄负载Nb₂O₅的催化剂。

本发明的一种硫酸氧钛负载五氧化二铌的高温脱硝催化剂还包括以下优选方案。

在本发明的优选的方案中，步骤(1)所用的硫酸氧钛与铌盐的质量比为10:1-4:1，铌盐是草酸铌或氯化铌中的至少一种。

在本发明的优选的方案中，步骤(2)中球磨转速为100r/min-400r/min，球磨时间为30min-180min。

在本发明的优选的方案中，步骤(3)中所述的煅烧温度为400-600℃，煅烧时间为30min-400min。

本发明催化剂的脱硝原理为：

利用TiOSO₄的强酸性在高温下吸附NH₃，利用Nb₂O₅的较弱的氧化能力，在活化NH₃的同时，有效抑制NH₃的深度氧化。保证在300-500的高温下效催化脱硝反应的同时，保持优异N₂选择性。

与已有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明以TiOSO₄为载体，以Nb₂O₅为活性组分，采用机械球磨法制备了适用于300-500℃的高温SCR脱硝催化剂。主要通过以下两个方面实现：

(1)NH₃在催化剂表面酸性位点的吸附与活化是SCR反应的重要步骤，而高温下NH₃难以吸附在催化剂表面，所以提高表面酸性对高温脱硝催化剂来说至关重要。基于此，本发明采用TiOSO₄作为载体，制备出的催化剂具有大量的酸性位点，从而表现出优异的脱硝活性。

(2)高温下金属氧化物催化剂的氧化能力容易导致NH₃的深度氧化，Nb₂O₅的氧化能力较弱，将其作为活性组分可适当降低催化剂的氧化能力，抑制NH₃的深度氧化，从而进一步提高催化剂的脱硝活性和氮气选择性。

附图说明

图1为实施例1-3制备的催化剂脱硝活性及氮气选择性测试图；(a)NO转化率和(b)N₂选择性；

图2为实施例1制备的催化剂稳定性测试图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种硫酸氧钛负载五氧化二铌的高温脱硝催化剂及其制备方法，包括以下实施步骤：(1)首先将10g的TiOSO₄·2H₂O与2.47g的C₁₀H₅NbO₂₀混合后放入球磨罐中，配制不同数量和大小的碳化钨研磨球；(2)设置球磨机的转速为300r/min，球磨120分钟；(3)将球磨后的混合物在空气气氛中煅烧30min后得到TiOSO₄负载Nb₂O₅的催化剂。

实施例2

(1)首先将10g的TiOSO₄·2H₂O与7.41g的C₁₀H₅NbO₂₀混合后放入球磨罐中，配制不同数量和大小的碳化钨研磨球；(2)设置球磨机的转速为300r/min，球磨120分钟；(3)将球磨后的混合物在空气气氛中煅烧5小时后得到TiOSO₄负载Nb₂O₅的催化剂。

实施例3

(1)首先将10g的TiOSO₄·2H₂O与1.235g的C₁₀H₅NbO₂₀混合后放入球磨罐中，配制不同数量和大小的碳化钨研磨球；(2)设置球磨机的转速为300r/min，球磨120分钟；(3)将球磨后的混合物在空气气氛中煅烧5小时后得到TiOSO₄负载Nb₂O₅的催化剂。

将实施例1-3制备的催化剂进行脱硝活性测试，具体包括以下步骤：(1)称取制备的40-60目(0.5g)催化剂，放入固定床石英反应管中；(2)反应管入口处的气体组成为500ppm NO、500ppm NH₃、5vol％O₂，N₂作为载气，气体总流量为600sccm，催化剂的体积空速为72000h^-1，反应温度为300-500。实施例1-3制备的催化剂脱硝活性和氮气选择性测试结果如图1所示。从图1a可以看出，实施例1制备的催化剂在300-500℃的脱硝效率始终高于实施例2和3制备的催化剂。从图1b可以看出，本发明方法制备的催化剂在300-500℃具有100％的氮气选择性，不产生副产物N₂O。

将实施例1制备的催化剂进行高温稳定性测试，具体包括以下步骤：(1)量称取制备的40-60目(0.5g)催化剂，放入固定床石英反应管中；(2)反应管入口处的气体组成为500ppm NO、500ppm NH₃、5vol％O₂，N₂作为载气，气体总流量为600sccm，催化剂的体积空速为72000h^-1，反应温度为500℃。实施例1制备的催化剂高温稳定性测试结果如图2所示。从图2可以看出，本发明实施例1制备的催化剂在500℃下具有优异的高温稳定性。

综上所述，本发明以TiOSO₄为载体、以Nb₂O₅为活性组分，采用机械球磨法制备的高温SCR脱硝催化剂，具有优异的高温脱硝活性和氮气选择性，可用于工业化高温脱硝。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。