本发明专利技术涉及一种利用生物模板制备的铈锆固溶体，其微观结构在形貌上复制自植物组织的微观结构。本发明专利技术还涉及该铈锆固溶体的制备方法，其包括以下步骤：(1)将植物组织用盐酸浸泡后过滤脱水，制得生物模板；(2)将步骤(1)中制得的所述生物模板用前驱液浸泡，其中所述前驱液为含有铈源、锆源和沉淀剂的水溶液或乙醇溶液；(3)将步骤(2)中的混合物过滤，保留固体并将其干燥得到最初固体产物；(4)将在步骤(3)中得到的所述固体产物高温煅烧，得到铈锆固溶体。本发明专利技术所制备的铈锆固溶体是一种绿色无污染、可回收反复利用、高温下性能稳定、具有良好的经济效益和社会效益的催化剂。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铈锆固溶体及其制备方法
，特别涉及一种以烟草植物为生物模板制备的高活性铈锆固溶体催化剂及其制备方法。
技术介绍
固溶体(solid solut1n)是指一个(或几个)组元的原子(化合物)溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态晶体。铈锆固溶体由于具有良好的储放氧性能和热稳定性，在催化净化领域有很重要的作用。铈锆固溶体的氧化还原性能与铈锆固溶体的氧空穴浓度、氧空位的迀移率、表面积以及阴离子缺陷的形成等因素密切相关。为进一步改善铈锆固溶体的氧化还原性能，通常通过优化该材料的制备方法或掺杂其他金属元素以形成多组分复合氧化物的方式，以获得具有更优的组织结构、储放氧性能和催化性能的铈锆固溶体。掺杂外来元素主要有以下两方面的影响:一方面通过改变掺杂离子半径，使晶格内部原子重排，晶体结构发生重组和不同程度的畸变，产生结构缺陷，有效降低氧在晶格中的扩散阻力；另一方面通过引入价态低于Ce4+和Zr4+的阳离子，利用晶格的电价平衡使晶体中产生氧空穴，提高体相氧的扩散速率。掺杂的第三组份主要有铝、碱土金属、过渡金属和稀土金属等。然而，第三组份的掺杂原理和掺杂方式对铈锆固溶体的氧化还原性能影响极大。而通过优化材料制备方法对铈锆固溶体催化性能有很大的影响，如采用共沉淀法、络合法、模板法或溶胶凝胶法等。专利申请CN 201310459752.X中公开了一种大孔-介孔铈锆固溶体载银催化剂，其中所制备的催化剂载体为铈锆固溶体，其分子式为cea8zra2o2，活性组分为单质银纳米颗粒。在该催化剂用于柴油车排放碳烟颗粒物的转化，研宄发现用铈锆固溶体作催化剂时，其对碳烟颗粒物燃烧的起燃活性温度(T50)在390°C -420°C之间，载银后T50降低30°C左右。其中所述起燃活性温度指的是反应物转化率达到50%时的温度，用符号T50表示。而一般的催化剂，对一氧化碳的起燃活性温度都在300°C以上，只有负载或掺杂稀土金属、过渡金属或贵金属后，其活性才会得到明显提高。比如，Matina Thammachart等(Catalytic activity of Ce02_Zr02mixed oxide catalysts prepared via sol -gel technique: CO oxidat1n .2001, 68:53-61.)用溶胶凝胶法制备的钟错固溶体Cei_xZrx02(x = 0.25,0.5 或 0.75)的 C0 转化起燃活性温度都在 350。。以上。Benjaram M和 Reddy 等(Structural Characterizat1n and Catalytic Activity of NanosizedCeria-Terbia Solid Solut1ns .J.Phys.Chem.C, 2008, 112:16393-16399.)制备的铈错固溶体的 T50 都在 650 °C 以上。Naoto Kamiuchi 等(Enhancement of OSC propertyof Zr rich ceria - zirconia by loading a small amount of platinum.CatalysisToday, 2014，232:179-184.)制备的铈锆固溶体在负载Pt之前，对CO转化的起燃活性温度都在300°C以上。综上，掺杂稀土金属、过渡金属或贵金属都能在一定程度上提高Ce02的催化活性。铈锆固溶体的组织结构性能及催化活性在很大程度上取决于该材料的制备方法，不同的制备方法对这些性质有显著的影响。在卷烟生产中，低次烟叶除很少一部分用来做膨胀烟丝或薄片以外，其余大部分没有充分发挥其真正的使用价值，造成资源的浪费。徐永建等发表的文章(陕西科技大学学报，2012，30 (5):16-21)中烟草原叶须经采收、烘烤、晾制、加工成型等工艺方可用于卷烟制造，烟茎、烟梗、烟末等烟草废弃物即在此加工过程中产生。烟梗即为烟叶的叶柄、无法进行卷烟加工的低等级或者等外级烟叶和烟草植株的上部烟叶。李坚等发表的文章(广西轻工业，2009，(2):46-47)中介绍烟梗中的细胞壁物质，包括纤维素、半纤维素、木质素和果胶等含量较高，燃烧后会产生较多的低级醛类、儿茶酚、烷基儿茶酚和甲醇等，严重影响卷烟的抽吸品质，导致了目前国内梗丝在卷烟配方中的掺兑比例相对较低，造成闲置烟梗浪费较大。用生物模板制备铈锆固溶体的方法从未报道。为了充分利用烟叶资源，提高经济效益，本专利技术以烟草植物中的低次烟叶为生物模板制备铈锆固溶体，使烟梗丝得到充分地利用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有很高起燃活性的铈锆固溶体催化剂及其制备方法，该制备方法利用生物模板来制备铈锆固溶体。其在不掺杂稀土、过渡金属或贵金属的条件下，对CO的起燃活性温度也能低于300°C。本专利技术的第一方面涉及一种铈锆固溶体，其最显著的特征是其微观结构在形貌上复制自植物组织的微观结构。优选地，所述植物组织为烟草植物组织。该铈锆固溶体的储氧量高于1000 y mol/g，其对CO的起燃活性温度和完全转换温度均低于300°C，优选均低于200°C。本专利技术的第二方面涉及一种利用生物模板制备铈锆固溶体的方法，其包括以下步骤:(1)将植物组织用盐酸浸泡后再过滤脱水，制得生物模板；(2)将步骤(1)中制得的所述生物模板用前驱液浸泡，其中所述前驱液为含有铈源、锆源和沉淀剂的水溶液或醇溶液；(3)将步骤(2)中的混合物过滤，保留固体并将其干燥得到最初固体产物；例如，可以在90°C烘箱中干燥一天以得到固体产物。(4)将在步骤(3)中得到的所述固体产物高温煅烧，得到铈锆固溶体。所述煅烧在有氧气存在的情况下进行，例如，可以在马弗炉中在400?1000°C下煅烧。在本专利技术优选的实施方案中，所述植物组织为烟草植物组织。在本专利技术优选的实施方案中，步骤⑴中所用的盐酸的浓度为lwt% _5wt%。在本专利技术更优选的实施方案中，所述烟草植物组织为初烤后的烟草植物梗条经切丝处理后的梗丝。在本专利技术优选的实施方案中，所述铈源为硫酸铈、硝酸铈、氯化铈或硝酸铈铵。在本专利技术优选的实施方案中，所述锆源为硝酸锆或硝酸氧锆。在本专利技术优选的实施方案中，所述沉淀剂为氨水、碳酸氢铵、碳酸铵、尿素或碳酸钠。在本专利技术优选的实施方案中，所述铈源与所述锆源的摩尔比为1:9-9:1 ;所述沉淀剂与所述铈源和所述锆源物质的量之和的摩尔比为0.1:1-1:1 ;所述生物模板与所述前驱液的质量比为1:1?1:25。在本专利技术优选的实施方案中，步骤(4)中所述高温指的是温度为400?1000°C。在本专利技术优选的实施方案中，步骤(1)中所述脱水过程采用无水乙醇梯度脱水的方式。其中所述无水乙醇梯度脱水指的是采用体积递增的无水乙醇分多次对经盐酸处理后的植物组织进行脱水。例如，依次使用相对于经盐酸处理后的植物组织的质量10%、30%、50 %、70 %、90 %和100 %的无水乙醇对经盐酸处理后的植物组织进行梯度脱水。本专利技术取得了以下有益效果:1当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铈锆固溶体，其特征在于，其微观结构在形貌上复制自植物组织的微观结构。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱东来，韩熠，张伟，巩效伟，张霞，李寿波，王家强，王伟，和佼，
申请(专利权)人：云南中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：云南;53
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