本發(fā)明涉及氮氧化物還原催化劑的制備，特別是一種五氧化二釩-三氧化鎢-二氧化鈦纖維紙催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

氮氧化物是造成酸雨、酸霧、光化學(xué)煙霧、溫室效應(yīng)和臭氧層破壞等諸多環(huán)境問(wèn)題的主要污染物之一，近30年來(lái)受到極大關(guān)注，并相應(yīng)產(chǎn)生諸多控制技術(shù)。柴油機(jī)尾氣中也含有大量的氮氧化物，研究表明其貢獻(xiàn)高達(dá)人為氮氧化物排放量的10％，且近年來(lái)對(duì)柴油機(jī)氮氧化物排放的控制標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格。

尿素選擇性催化還原(urea-scr)系統(tǒng)是降低重型柴油機(jī)氮氧化物最有效的技術(shù)措施之一，該方法具有效率高、選擇性好和經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)。隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格和尿素scr技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)在歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。

柴油機(jī)脫硝催化劑主要有三種類型：貴金屬催化劑、金屬氧化物催化劑及沸石類催化劑。貴金屬催化劑雖起步較早，但由于選擇性和高溫穩(wěn)定性較差限制了它的廣泛應(yīng)用。沸石類催化劑在歐美有廣泛的應(yīng)用，但其抗硫性、水熱穩(wěn)定性差。金屬氧化物催化劑中釩基催化劑負(fù)載于二氧化鈦已經(jīng)使用多年，而且由于其較高的脫硝活性、抗硫性，仍然是最好的商業(yè)催化劑。研究表明，在一些新興市場(chǎng)國(guó)家，柴油機(jī)中的硫含量可能達(dá)到2000ppm，商業(yè)釩系scr催化劑用于柴油機(jī)尾氣脫硝有很好的應(yīng)用前景。我國(guó)柴油就存在硫含量普遍高的現(xiàn)象，我國(guó)除北京、上海、廣州以外的大部分地區(qū)柴油中硫含量都超過(guò)50ppm，有的甚至高達(dá)350-2000ppm。因此抗硫性是選擇催化還原催化劑必須考慮的問(wèn)題。

目前，在實(shí)驗(yàn)室條件下大部分的脫硝催化劑為粉末狀，然而這種催化劑由于壓降較大不適合于工業(yè)應(yīng)用，因此整體式催化劑成為實(shí)際應(yīng)用中最為普遍的形式。擠壓式催化劑是目前認(rèn)為最有效的技術(shù)，該方法是按照催化劑成分制漿，擠壓成一定形狀然后干燥煅燒，但由于處于中心的催化劑未直接和煙氣接觸，并沒(méi)有完全被利用。而且該工藝需要大量的催化劑粉末，造價(jià)較高，同時(shí)該方法制備過(guò)程較為復(fù)雜。因此開發(fā)一種具有成本較低且制備方法簡(jiǎn)單的催化劑勢(shì)在必行。v2o5-wo3-tio2纖維紙催化劑是一種較好的選擇，它是將活性成分制備成為薄狀的紙質(zhì)狀態(tài)，便于后續(xù)制備各類形態(tài)，極大地降低了催化劑粉末用量從而降低催化劑成本。

v2o5-wo3-tio2纖維紙催化劑的制備包括兩個(gè)或三個(gè)步驟。首先是將納米二氧化鈦粉末、玻璃纖維、偏釩酸銨、硅溶膠、淀粉、粘土和水等，按照一定比例進(jìn)行混合、攪拌制漿，然后在抄紙機(jī)上抄片，使用干燥滾筒進(jìn)行干燥，得到需要的纖維紙催化劑。纖維紙催化劑再經(jīng)過(guò)高溫煅燒硬化處理，得到需要的催化劑。采用該制備方法最大的優(yōu)勢(shì)是制備方法簡(jiǎn)單。此外反應(yīng)物擴(kuò)散到催化活性物質(zhì)表面距離短，催化劑可充分利用。本發(fā)明提出了通過(guò)纖維紙v2o5-wo3-tio2催化劑，可提高催化劑，可實(shí)現(xiàn)煙氣尾氣的高效率脫硝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述存在問(wèn)題，提供一種五氧化二釩-三氧化鎢-二氧化鈦纖維紙催化劑及其制備方法，該制備方法工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低；纖維紙的比表面積大，提高了催化劑活性物質(zhì)在纖維紙表面的分散性；制得的催化劑具有很高的催化活性。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種五氧化二釩-三氧化鎢-二氧化鈦纖維紙催化劑，由v2o5、wo3、tio2、玻璃纖維、sio2、淀粉和粘土組成，各組分的質(zhì)量百分比含量：v2o5為1-3％、wo3為5-8％、玻璃纖維為8-12％，sio2為1-3％，淀粉為1-4％，粘土為1-2％，tio2為余量。

一種所述五氧化二釩-三氧化鎢-二氧化鈦纖維紙催化劑的制備方法，以納米二氧化鈦為載體，以v2o5為主催化劑、wo3為助催化劑、玻璃纖維為強(qiáng)化劑，硅溶膠、淀粉、粘土為粘結(jié)劑，采用制漿、抄紙、干燥、煅燒的工藝制備，步驟如下：

1)制漿工藝

將偏釩酸銨和鎢酸銨于60℃下溶解于去離子水中，攪拌1h后加入納米tio2銳鈦礦粉末，攪拌2h形成均勻分散液，然后加入酸性硅溶膠并攪拌均勻得到混合液，再加入淀粉、黏土和玻璃纖維，攪拌10h后得到穩(wěn)定的漿液，漿液的固體混合物中偏釩酸銨(nh4vo3)、鎢酸銨[(nh4)2wo4]、納米tio2銳鈦礦粉末、酸性硅溶膠(sio2)、淀粉、黏土和玻璃纖維的質(zhì)量百分比按照以下的質(zhì)量比計(jì)算：v2o5為1-3％、wo3為5-8％、玻璃纖維為8-12％、sio2為1-3％、淀粉為1-4％、粘土為1-2％，納米tio2銳鈦礦粉末為余量，漿液中的固體含量為40-60wt％。

2)抄紙與催化劑煅燒工藝

將上述漿液均勻混合后，用抄紙機(jī)抄片，然后經(jīng)干燥滾筒進(jìn)行干燥處理，在75℃的干燥溫度下干燥30min，最后將v2o5-wo3-tio2纖維紙置于馬弗爐中在500℃溫度下煅燒6h，制得v2o5-wo3-tio2纖維紙催化劑。

本發(fā)明的技術(shù)分析：

根據(jù)scr脫硝機(jī)理，氨首先擴(kuò)散到催化劑表面并吸附形成過(guò)渡態(tài)，然后和氣體中的一氧化氮反應(yīng)。因此催化劑的比表面積和催化劑的利用率對(duì)催化反應(yīng)十分重要。通過(guò)將v2o5-wo3-tio2制備成為纖維紙催化劑，能夠極大的提高比表面積，從而有利于催化劑的高度分散，提高催化活性。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

該制備方法工藝簡(jiǎn)單，通過(guò)將活性物質(zhì)、載體、玻璃纖維和粘結(jié)劑直接混合形成漿液，克服傳統(tǒng)的浸漬或者擠壓成型工藝，采用造紙工藝，制備v2o5-wo3-tio2纖維紙催化劑，極大地提高了催化劑的比表面積，從而提高了催化劑活性物質(zhì)在基體表面的分散性和活性，使催化劑的利用率得到較大提高。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征作進(jìn)一步的說(shuō)明：

實(shí)施例1：

一種五氧化二釩-三氧化鎢-二氧化鈦纖維紙催化劑，由v2o5、wo3、tio2、玻璃纖維、sio2、淀粉和粘土組成，各組分的質(zhì)量百分比含量：v2o5為1％、wo3為5％、玻璃纖維為12％，sio2為3％，淀粉為4％，粘土為2％，tio2為余量；其制備方法是以納米二氧化鈦為載體，以v2o5為主催化劑、wo3為助催化劑、玻璃纖維為強(qiáng)化劑，硅溶膠、淀粉、粘土為粘結(jié)劑，采用制漿、抄紙、干燥、煅燒的工藝制備，步驟如下：

1)制漿工藝

將偏釩酸銨和鎢酸銨于60℃下溶解于去離子水中并攪拌1h后，加入納米tio2銳鈦礦粉末并攪拌2h形成均勻分散液，然后加入酸性硅溶膠并攪拌均勻得到混合液，再加入淀粉、黏土和玻璃纖維，攪拌10h后得到穩(wěn)定的漿液，漿液中的固體含量為60wt％，其中固體中：v2o5為1wt％、wo3為5wt％、tio2為73wt％、玻璃纖維為12wt％，sio2為3wt％，淀粉為4wt％，粘土為2wt％；

2)抄紙與催化劑煅燒工藝

將上述漿液均勻混合后，用抄紙機(jī)抄片，然后經(jīng)干燥滾筒進(jìn)行干燥處理，在75℃的干燥溫度下干燥30min，最后將v2o5-wo3-tio2纖維紙置于馬弗爐中在500℃溫度下煅燒6h，制得v2o5-wo3-tio2纖維紙催化劑。。

該催化劑在600ppmso2尾氣中，反應(yīng)溫度300-450℃的條件下，no的脫除率為90％。

實(shí)施例2：

一種五氧化二釩-三氧化鎢-二氧化鈦纖維紙催化劑，由v2o5、wo3、tio2、玻璃纖維、sio2、淀粉和粘土組成，各組分的質(zhì)量百分比含量：v2o5為1％、wo3為4％、玻璃纖維為10％，sio2為1.5％，淀粉為2％，粘土為1.5％，tio2為余量；其制備方法是以納米二氧化鈦為載體，以v2o5為主催化劑、wo3為助催化劑、玻璃纖維為強(qiáng)化劑，硅溶膠、淀粉、粘土為粘結(jié)劑，采用制漿、抄紙、干燥、煅燒的工藝制備，步驟如下：

1)制漿工藝

將偏釩酸銨和鎢酸銨于60℃下溶解于去離子水中并攪拌1h后，加入納米tio2銳鈦礦粉末并攪拌2h形成均勻分散液，然后加入酸性硅溶膠并攪拌均勻得到混合液，再加入適量的淀粉、黏土和玻璃纖維，攪拌10h后得到穩(wěn)定的漿液，漿液中的固體含量為50wt％，其中固體中：v2o5為1.0wt％、wo3為4wt％、tio2為80wt％、玻璃纖維為10wt％，sio2為1.5wt％，淀粉為2wt％，粘土為1.5wt％；

2)抄紙與催化劑煅燒工藝

將上述漿液均勻混合后，用抄紙機(jī)抄片，然后經(jīng)干燥滾筒進(jìn)行干燥處理，在75℃的干燥溫度下干燥30min，最后將v2o5-wo3-tio2纖維紙置于馬弗爐中在500℃溫度下煅燒6h，制得v2o5-wo3-tio2纖維紙催化劑。。

該催化劑在1500ppmso2尾氣中，反應(yīng)溫度300-450℃的條件下，no的脫除率為92％。

實(shí)施例3：

一種五氧化二釩-三氧化鎢-二氧化鈦纖維紙催化劑，由v2o5、wo3、tio2、玻璃纖維、sio2、淀粉和粘土組成，各組分的質(zhì)量百分比含量：v2o5為3％、wo3為8％、玻璃纖維為8％，sio2為1％，淀粉為1％，粘土為1％，tio2為余量；其制備方法是以納米二氧化鈦為載體，以v2o5為主催化劑、wo3為助催化劑、玻璃纖維為強(qiáng)化劑，硅溶膠、淀粉、粘土為粘結(jié)劑，采用制漿、抄紙、干燥、煅燒的工藝制備，步驟如下：

1)制漿工藝

將偏釩酸銨和鎢酸銨于60℃下溶解于去離子水中并攪拌1h后，加入納米tio2銳鈦礦粉末并攪拌2h形成均勻分散液，然后加入酸性硅溶膠并攪拌均勻得到混合液，再加入適量的淀粉、黏土和玻璃纖維，攪拌10h后得到穩(wěn)定的漿液，漿液中的固體含量為40wt％，其中固體中：v2o5為3wt％、wo3為8wt％、tio2為78wt％、玻璃纖維為8wt％，sio2為1wt％，淀粉為1wt％，粘土為1wt％。

2)抄紙與催化劑煅燒工藝

將上述漿液均勻混合后，用抄紙機(jī)抄片，然后經(jīng)干燥滾筒進(jìn)行干燥處理，在75℃的干燥溫度下干燥30min，最后將v2o5-wo3-tio2纖維紙置于馬弗爐中在500℃溫度下煅燒6h，制得v2o5-wo3-tio2纖維紙催化劑。

該催化劑在800ppmso2尾氣中，反應(yīng)溫度300-450℃的條件下，no的脫除率為95％。