本发明专利技术公开了一种铈锆基复合氧化物催化材料及其制备方法,所述铈锆基复合氧化物催化材料,其特征在于,是由铈锆基固溶体稀土储氧材料、高岭土和氧化铝组成。本发明专利技术的铈锆基复合氧化物催化材料,与现有技术相比,具有比表面积大、高温抗老化能力好和储放氧能力高等特点,同时具有良好的抗压性、抗磨性等机械强度,适用于工业废气、人居环境净化及石化行业等废气处理。
【技术实现步骤摘要】
铈锆基复合氧化物催化材料及其制备方法
本专利技术涉及一种催化材料及其制备方法,特别涉及一种适用于机动车尾气净化、工业废气、人居环境净化及石化行业等废气处理的铈锆基复合氧化物催化材料及其制备方法。
技术介绍
铈锆复合氧化物在催化材料、传感器材料、电极材料、光学材料、半导体材料、燃料电池、结构材料、高强度陶瓷和致冷材料等领域具有广泛的应用前景。但就铈锆复合氧化物的大规模应用来看,目前还主要集中在催化领域,特别在汽车尾气催化净化领域中的应用日显突出。同时,铈锆复合氧化物除了作为机动车尾气治理的三效催化剂关键涂层材料之外,稀土催化材料在资源丰度、成本、制备工艺以及性能等方面,都具有较强的优势。目前稀土催化剂在能源环境领域主要用于汽车尾气净化、工业废气及人居环境净化、催化燃烧和燃料电池等几个方面。尤其在工业废气、人居环境净化方面。具有巨大的应用市场和发展潜力。在机动车尾气治理的三效催化剂中,通常加入CeO2或含Ce的固溶体作为氧储存剂以提高催化剂的氧储存能力,从而改善三效催化剂的催化性能。但是该催化剂在高温老化后催化性能大幅下降,这主要与高温中催化剂的比表面积大幅下降有关,所以利用掺杂改性来提高其高温热稳定性是最直接的方法,其中Ce-Zr-O体系表现出良好的热稳定性和氧化还原性能,所以其催化性能较为优越,研究也最为广泛。由于在CeO2中添加Zr后,原晶格中的部分Ce被Zr所取代,而Zr离子的半径小于Ce离子的半径,CeO2面心立方结构因晶格收缩导致晶格结构发生畸变,产生了面心立方缺陷,从而大大增加了萤石晶格中氧负离子的流动性,使储存氧和释放氧的能力有了较大提高,提高了催化活性。同时由于单一的CeO2在经历高温(>1023K)会使本身烧结而降低催化作用,不适用于高温条件下的使用,而Zr的掺入可以稳定立方萤石结构,提高催化剂的高温稳定性,使催化剂的抗烧结能力提高。所以Ce-Zr-O体系作为储氧催化材料就有以下优点:Ce-Zr-O体系储氧发生在低温情况下,这样在低温下可以使汽车尾气中的CO完全转换成CO2,这样就改善了催化剂的空燃比特性,促进了贵金属在催化剂表面的分散,从而提高载体的热稳定性和促进水汽转换反应,最终可以提高三效催化剂的反应活性。在Ce-Zr-O体系中引入第三种元素部分取代Ce离子,可进一步加深晶格缺陷的程度,从而提高其催化储氧作用。其中又以掺杂稀土元素居多,主要有La、Y、Tb、Gd和Pr等[8],这些离子引入Ce-Zr-O晶格中可形成多元固溶体,由于不同尺度的离子掺杂使得Ce-Zr-O晶格发生不同程度的畸变,这就会引起氧活动性增强,从而大大地改善了Ce-Zr-O体系的氧化还原性能。而掺杂非稀土元素也能带来上述效果,如Mn、Cu、Ba等元素也可以不同程度的使Ce-Zr-O体系晶格畸变,同时它们易于形成表面晶格缺陷,从而提高了对氧的吸附能力。至今在Ce-Zr-O体系中引入第三种元素形成三元固溶体进一步提高储氧能力和高温热稳定性已成为研究热点之一。ZL200510115874.2公布了一种高比表面铈锆复合氧化物固溶体组合物及其制备方法。该专利技术通过添加在沉淀出的悬浊液中添加表面活性剂或胺盐或无机铵盐或乙醇,并高温晶化,晶化后产品经乙醇洗涤,高温焙烧。。CN101637721B公布了一种多孔钇铈锆固溶体及其制备方法。该专利技术通过加入保护剂、混合稀土金属盐溶液和活性聚苯乙烯微球乳液,常温沉淀,80-100℃陈化,收集沉淀物、水洗、干燥、焙烧得目标产物。CN100496745C公布了一种线状或棒状多晶Ce0.6Zr0.3Y0.1O2固溶体制备方法.该专利通过加入十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂,通过水热处理得前驱体,灼烧得目标产物。美国专利US5,747,401的专利技术专利和美国专利专利号为US5,723,101的专利技术专利公开了采用共水热分解法或共沉淀法得到混合沉淀物,然后用烷氧化合物溶液进行洗涤或浸渍,得到固溶体具有高比表面、均匀粒子分布和高储氧能力。所用铈溶液为四价(可由电解氧化、硝酸铈氨或溶解碳酸盐加双氧水获得),Ce4+浓度大于85%,900℃,6小时比表面:51.7m2/g。美国专利US6,133,194的专利技术专利公开了一种制备铈氧化物、锆氧化物、铈锆复合氧化物或铈锆固溶体,具有良好粒度分布、高比表面、高储放氧的性能。该性能是在制备过程中加入添加剂实现的。在沉淀方法实施例中,添加剂加入铈锆料液中或氨水沉淀剂中,复合物经900℃,6小时老化后比表面为35m2/g。中国专利CN1470455A的专利技术专利公开了铈锆钡复合氧化物及其制备方法,其特征是以硝酸铈、硝酸锆、硝酸钡为原料,通过在金属盐液中加入聚乙二醇高分子表面修饰剂,采用正丁醇共沸蒸馏制得。所得复合物呈纳米级,分散性好。但和上一个专利一样,成本太过,不适合大规模生产。中国专利CN1565722A的专利技术专利公开了阳离子表面活性剂下共沉淀制备铈锆固溶体的方法,其特点是引入了阳离子表面活性剂(如十六烷基三甲基溴化铵)、经油浴长时间陈化、最后有机物(如丙酮)浸洗,烘干,煅烧。所得样品在950℃下焙烧,比表面为58m2/g。中国专利CN101607195A的专利技术专利公开了一种简易共沉淀方法制备纳米级铈锆固溶体,所获得的镧铈锆(30%CeO2-60%ZrO2-10%La2O3,重量比)样品在1100℃下焙烧8小时,比表面为21m2/g。目前关于铈锆基复合氧化物的研究方面,主要是针对铈锆进行进一步改性研究,包括改性元素的选择及改性机理的探讨等。贯穿始终的是关于其合成方法,结构表征,以及组成、结构与OSC、热稳定性之间关系的研究。但铈锆基复合氧化物催化材料的使用,除了作为涂层材料使用之外,需要根据不同的应用方式进行使用工艺的调整,如在能源环境领域,尤其是在工业废气及人居环境净化、石化行业等领域中需要综合考虑铈锆复合氧化物的使用方式,如是否需要特定的形状、抗压性或抗磨性等方面见报告。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铈锆基复合氧化物催化材料及其制备方法,以克服现有技术的不足。所述的铈锆基复合氧化物催化材料,其特征在于,它是由铈锆基固溶体稀土储氧材料、高岭土和氧化铝组成。优选的,所述的铈锆基复合氧化物催化材料的形貌为球形;优选的,所述的铈锆基复合氧化物催化材料,重量百分比如下:铈锆基固溶体稀土储氧材料50-70%高岭土10-30%氧化铝10-30%优选的,所述的铈锆基固溶体稀土储氧材料,重量百分比如下:氧化铈30-60%;氧化锆25-65%;除铈以外其他稀土氧化物5-15%。所述的除铈以外其他稀土氧化物选自氧化镧、氧化钇、氧化镨和氧化钕中的一种以上;所述的铈锆基复合氧化物催化材料的制备方法,包括如下步骤:(1)铈锆基固溶体稀土储氧材料的制备:活性组分料液A的制备:将硝酸铈、除铈以外的其他稀土的可溶性硝酸盐和硝酸锆溶于水,加入络合剂,然后加热至60-90℃反应1-2h,得活性组分料液A;所述的络合剂选自柠檬酸、柠檬酸铵中一种,络合剂的加入量为硝酸铈、除铈以外的其他稀土可溶性硝酸盐和硝酸锆的总质量的10~20%;铈锆基固溶体稀土储氧材料前驱体的制备:用重量浓度为10~25%的氨水作为沉淀剂,加入到60-90℃的活性组分料液A中,至pH为8-9,保温2-4h,洗本文档来自技高网...
【技术保护点】
铈锆基复合氧化物催化材料,其特征在于,是由铈锆基固溶体稀土储氧材料、高岭土和氧化铝组成。
【技术特征摘要】
1.铈锆基复合氧化物催化材料,其特征在于,形貌为球形,重量百分比如下:铈锆基固溶体稀土储氧材料50-70%高岭土10-30%氧化铝10-30%所述的铈锆基固溶体稀土储氧材料,各个组分的重量百分比如下:氧化铈30-60%;氧化锆25-65%;除铈以外其他稀土氧化物5-15%除铈以外其他稀土氧化物选自氧化镧、氧化钇、氧化镨和氧化钕中的一种以上;制备方法,包括如下步骤:(1)铈锆基固溶体稀土储氧材料的制备:①活性组分料液A的制备:将硝酸铈、除铈以外的其他稀土的可溶性硝酸盐和硝酸锆溶于水,加入络合剂,然后加热至60-90℃反应1-2h,得活性组分料液A;所述的络合剂选自柠檬酸、柠檬酸铵中一种,络合剂的加入量为硝酸铈、除铈以外的其他稀土可溶性硝酸盐和硝酸锆的总质量的10~20%;②铈锆基固溶体稀土储氧材料前驱体的制备:用重量浓度为10~25%的氨水作为沉淀剂,加入到60-90℃的活性组分料液A中,至pH为8-9,保温2-4h,洗涤、脱水,得铈锆基固溶体稀土储氧材料前驱体;③锆基固溶体稀土储氧材料前驱体的表面处理:将所述的铈锆基固溶体稀土储氧材料前驱体与表面处理剂混合分散;所述表面处理剂选...
【专利技术属性】
技术研发人员:岑仲浙,周梦丹,
申请(专利权)人:诺轩化学科技上海有限公司,
类型:发明
国别省市:上海;31
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