一种微米片状碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种微米片状碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用，所述微米片状碳烟燃烧催化剂为具有微米片状形貌的稀土金属氧化物型催化剂，所述微米片状碳烟燃烧催化剂含有过稀土金属元素La或者Ce。本发明专利技术所述材料采用沉淀法制得，低温（0‑100℃）下生成，不添加任何有机物，经煅烧后晶化良好，呈现微米片状形貌，可使碳烟颗粒在400℃以下达到最大燃烧速率。

Micron flake carbon smoke combustion catalyst, preparation method and application thereof

The invention relates to a micron flake soot combustion catalyst and preparation method and application thereof, wherein the micron flake soot combustion catalyst for rare earth metal oxide catalysts with micron flaky morphology, the micron flake soot combustion catalyst containing rare earth metal elements La or Ce. The materials were prepared with precipitation, low temperature (0 DEG C 100) generation, do not add any organic matter, after calcination showed good crystallization, micron flake shape, the soot particles reach the maximum combustion rate at 400 DEG C.

【技术实现步骤摘要】
一种微米片状碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于催化材料
，具体涉及用于柴油车尾气中碳烟净化的一种微米片状碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
柴油车由于其经济、热效高以及航程长等优势而在实际生活中得到广泛的应用。然而，柴油机排放的颗粒物(PM，主要为碳黑颗粒)和氮氧化物严重危害了环境和人类，因此，高效的后处理净化工艺势在必行。通常，一个微粒过滤器(DPF)被用来收集柴油车尾气中的碳黑颗粒，收集的碳黑颗粒可以在一个相当高的温度(>600℃)被O2氧化。然而，柴油机的排气温度一般在150到400℃，其较低的温度难以让尾气中的碳黑颗粒得以燃烧，长期使用后导致DPF失活。因此，开发一种高效的催化剂，使碳黑颗粒在较低的温度下完全氧化是一项迫在眉睫的工作。常见的用于碳烟颗粒氧化的催化剂，如贵金属基催化剂等，因为其高成本和易中毒性，从而不利于碳烟颗粒氧化催化剂的规模应用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种低成本高活性的非贵金属基碳烟燃烧催化剂。一方面，本专利技术提供了一种微米片状碳烟燃烧催化剂，所述微米片状碳烟燃烧催化剂为具有微米片状形貌的稀土金属氧化物型催化剂，所述微米片状碳烟燃烧催化剂含有过稀土金属元素La或者Ce。本专利技术制备的微米片状碳烟燃烧催化剂为具有微米片状形貌的稀土金属氧化物型催化剂，其结晶良好且不含任何贵金属。本专利技术所述材料具有晶化结构，呈现微米片状形貌，可与碳颗粒高效接触，使其催化氧化活性优异，在固体污染物的燃烧降解方面有潜在应用前景。较佳地，所述微米片状碳烟燃烧催化剂中微米片的尺寸为0.2～1.2μm。较佳地，当含有元素Ce时，所述微米片状催化剂由粒径均一的纳米颗粒堆积而成，其中纳米颗粒的粒径分布为10～20nm。较佳地，所述微米片状碳烟燃烧催化剂的比表面积为30～40m2/g，孔径大小为4～43nm，孔容为0.05～0.10cm3/g。另一方面，本专利技术还提供了微米片状碳烟燃烧催化剂的制备方法，包括：将含有Ce源或La源的溶液A和碱性溶液B混合后搅拌一定时间，再经离心水洗、干燥后在400～600℃下煅烧1～5小时，得到所述微米片状碳烟燃烧催化剂。本专利技术采用沉淀法制备所述了微米片状碳烟燃烧催化剂，所述方法便于操作及放大生产，原料廉价易得，无需专业设备，具有极大的产业化应用前景。本专利技术中采用的碳酸氢盐沉淀剂和快速混合的方式，分别利于实现产物的高分散性和均一粒径特性，得到的细粒径颗粒。又因为细粒径颗粒的热力学不稳定而容易在随后的熟化过程中相互结合，最终生成规则的微米片状形貌。较佳地，所述Ce源为Ce的硝酸盐、醋酸盐、硫酸盐、氯化物中的至少一种，所述La源为La的硝酸盐、醋酸盐、硫酸盐、氯化物中的至少一种，所述溶液A中金属离子的摩尔浓度为0.01～0.50mol/L。较佳地，所述碱性溶液B中溶质为碳酸氢盐或/和碳酸盐，优选为碳酸氢盐，所述碱性溶液B的浓度为0.5～5.0mol/L。较佳地，所述溶液A和碱性溶液B在0～100℃下搅拌5分钟～24小时。较佳地，所述溶液A和碱性溶液B的体积比为(0.1～10)：1。较佳地，所述溶液A和碱性溶液B混合方式为碱性溶液B快速倒入溶液A中、或溶液A与碱性溶液B并流沉淀，优选为碱性溶液B快速倒入溶液A中。较佳地，所述煅烧的升温速率为0.5-10℃/分钟，优选为1℃/分钟。较佳地，所述煅烧的气氛为静态空气或流动空气，优选为静态空气。再一方面，本专利技术还提供了一种微米片状碳烟燃烧催化剂在机动车尾气处理中的应用。本专利技术公开一种微米片状碳烟燃烧催化剂及其制备方法。所述材料用沉淀法制得，低温(0-100℃)下生成，不添加任何有机物，经煅烧后晶化良好，呈现微米片状形貌，可使碳烟颗粒在400℃以下达到最大燃烧速率。该方法成本低廉，产率高效，无需专业设备，具有极大的产业化生产价值。附图说明图1为本专利技术实施例1所制得的微米片状碳烟燃烧催化剂的低倍扫描电子显微镜图；图2为本专利技术实施例1所制得的微米片状碳烟燃烧催化剂的高倍扫描电子显微镜图；图3为本专利技术实施例1所制得的微米片状碳烟燃烧催化剂的X射线衍射图谱；图4为本专利技术实施例2所制得的微米片状碳烟燃烧催化剂低倍透射电子显微镜图；图5为本专利技术实施例2所制得的微米片状碳烟燃烧催化剂高倍透射电子显微镜图；图6为本专利技术实施例2所制得的微米片状碳烟燃烧催化剂的X射线衍射图谱；图7为本专利技术实施例3中实施例1所制得的微米片状碳烟燃烧催化剂对碳烟颗粒的催化转化效果图；图8为本专利技术实施例4中实施例2所制得的微米片状碳烟燃烧催化剂对碳烟颗粒的催化转化效果图。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术以La源或者Ce源为原料物质，以碳酸氢盐或/和碳酸盐为沉淀剂，采用沉淀法制备得到微米片状碳烟燃烧催化剂。本专利技术制备的所述微米片状碳烟燃烧催化剂为具有微米片状形貌的稀土金属氧化物型催化剂。所述微米片状碳烟燃烧催化剂含有过稀土金属元素La或者Ce。所述微米片状碳烟燃烧催化剂中微米片的尺寸可为0.2～1.2μm。当含有元素Ce时，所述微米片状催化剂由粒径均一的纳米颗粒堆积而成，所述微米片状碳烟燃烧催化剂(含Ce)中纳米颗粒的粒径分布可为10～20nm。本专利技术利用非常简单廉价的方法，获得了高活性的碳烟燃烧催化剂。以下示例性地说明本专利技术提供的微米片状碳烟燃烧催化剂的制备方法。将一定量的原料物质(La源或者Ce源)溶解到一定量的水中得到含有Ce源或La源的溶液A(以下简称溶液A)。其中原料物质可以是Ce或La的硝酸盐，醋酸盐，硫酸盐或氯化物中的一种或几种。Ce源或La源优选为硝酸盐。所述溶液A中金属离子(La离子或者Ce离子)的浓度可为0.01-0.50mol/L，优选为0.10～0.30mol/L。将沉淀剂溶解到一定量的水中得到碱性溶液B(以下简称溶液B)。溶液B所用沉淀剂(溶液B中溶质)可以是碳酸氢盐(例如碳酸氢钠、碳酸氢铵等)或/和碳酸盐(例如碳酸铵、碳酸钠等)等碱性物质，优选为碳酸氢盐。溶液B的浓度可为0.5-5.0mol/L，优选为0.5～1.0mol/L。搅拌条件下，溶液A、溶液B混合，一定温度下搅拌一定时间，得到含有沉淀物质的混合液。其中溶液A、碱性溶液B混合方式可以是碱性溶液B快速倒入溶液A中，快速混合可在短时间内达到过饱和状态，继而同时形核，同步长大，最终可得到粒径均一的沉淀物。还可以溶液A、碱性溶液B并流沉淀。并流沉淀可实现均匀沉淀，避免团聚，利于得到粒径均一的产物。由上述可知其中混合方式优选碱性溶液B快速倒入溶液A中。采用快速倒入的方式时，其加入速度一般超过50mL/min，优选超过600ml/分钟，更优选超过1200mL/min。溶液A、碱性溶液B混合可在可在0～100℃下进行，优选为在室温25℃下进行。室温反应，无需加热或冷却，具有节能效果。溶液A、碱性溶液B混合时间为5分钟到24小时，优选为10分钟到1小时。反应时间短，省工省时。所述溶液A和碱性溶液B的体积比可为(0.1～10)：1。将沉淀物质经离心水洗、干燥后经过离心水洗和干燥处理后，在一定条件下煅烧得到氧化物。煅烧时，沉淀物(碳酸盐)分解可得到稳定的氧化物催化剂。煅烧气氛可为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微米片状碳烟燃烧催化剂，其特征在于，所述微米片状碳烟燃烧催化剂为具有微米片状形貌的稀土金属氧化物型催化剂，所述微米片状碳烟燃烧催化剂含有过稀土金属元素La或者Ce。

【技术特征摘要】
1.一种微米片状碳烟燃烧催化剂，其特征在于，所述微米片状碳烟燃烧催化剂为具有微米片状形貌的稀土金属氧化物型催化剂，所述微米片状碳烟燃烧催化剂含有过稀土金属元素La或者Ce。2.根据权利要求1所述微米片状碳烟燃烧催化剂，其特征在于，所述微米片状碳烟燃烧催化剂中微米片的尺寸为0.2～1.2μm。3.根据权利要求1或2所述微米片状碳烟燃烧催化剂，其特征在于，当含有元素Ce时，所述微米片状催化剂由粒径均一的纳米颗粒堆积而成，其中纳米颗粒的粒径分布为10～20nm。4.根据权利要求1-3中任一项所述微米片状碳烟燃烧催化剂，其特征在于，所述微米片状碳烟燃烧催化剂的比表面积为30～40m2/g，孔径大小为4～43nm，孔容为0.05～0.10cm3/g。5.一种如权利要求1-4中任一项所述微米片状碳烟燃烧催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将含有Ce源或La源的溶液A和碱性溶液B混合后搅拌一定时间，再经离心水洗、干燥后在400～600℃下煅烧1～5小时，得到所述微米片状碳烟燃烧催化剂。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晗，周晓霞，王敏，潘琳钰，陈航榕，施剑林，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31