一种非贵金属碳烟燃烧催化剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种非贵金属碳烟燃烧催化剂的制备方法，具体涉及介孔结构的PrxZr1‑xO2固溶体催化剂的制备方法，采用Pr(NO3)3为镨源，以ZrOCl2或Zr(NO3)4为锆源，三嵌段共聚物F127或P123为模板剂制备介孔PrxZr1‑xO2固溶体催化剂。所得的PrxZr1‑xO2既是介孔材料，具有比表面积大，孔体积大，孔尺寸可调控等优点；又是固溶体，具有储氧能力强，氧化还原能力强，热稳定性高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非贵金属碳烟燃烧催化剂的制备方法，具体涉及介孔结构的PrxZr1-xO2固溶体催化剂的制备方法，属于应用催化

技术介绍
碳烟颗粒物（PM）作为柴油车尾气中的主要污染物，是形成雾霾的“罪魁祸首”，对人体健康和生活环境造成了极大的危害。开发清洁能源、发展柴油机机内净化技术和对柴油车尾气进行后处理是控制污染物排放的三个主要方面。然而，受到技术水平和经济成本的约束，清洁燃料和机内净化技术还未能大范围使用。就目前来看，使用专门为机外净化碳烟颗粒物而设计的后处理装置——颗粒过滤器（DPF）来捕集碳烟颗粒物，并将其氧化为CO2，是最直接有效的的方法。但是，碳烟颗粒物的燃烧温度较高，在550～600℃范围内，远高于柴油车尾气实际排放温度范围（200～400℃）。因此，必须使用催化剂来催化PM的燃烧，从而实现DPF的再生使用。用于催化碳烟颗粒氧化的催化剂一般可分为两类，贵金属催化剂和非贵金属催化剂。贵金属催化剂主要以担载量较少的贵金属为活性组分，涂覆在载体表面制成。虽然贵金属催化剂具有优越的催化氧化性能，但是，贵金属催化剂的热稳定性差，遇水易失活，有“硫中毒”反应，生产成本较高等因素使得其在实际应用中受到制约。近年来，以稀土金属氧化物为基体，过渡金属氧化物为掺杂物的复合金属氧化物在催化碳烟燃烧方面表现出了强劲的优势。特别是这种复合金属氧化物形成的固溶体，由于晶格缺陷的存在，对于降低碳烟燃烧的活化能，强化材料的储氧能力，提高催化剂的氧化还原性能具有积极作用。而介孔材料与生俱来的大比表面积、大的孔体积、可控的孔径尺寸对巩固和拓展材料的物理化学性质大有助益。因此，介孔固溶体材料可以作为一种新型的催化碳烟燃烧的催化剂加以研究。
技术实现思路
本专利技术提供一种非贵金属碳烟燃烧催化剂的制备方法，具体为介孔结构的PrxZr1-xO2固溶体催化剂的制备方法，经过下列各步骤：（1）按照Pr与Zr的摩尔比=x:1-x（其中，0＜x≤0.4），分别称取足量的Pr(NO3)3和金属锆盐，在室温下溶于无水乙醇中，配制成浓度为0.4~1mol/L的乙醇溶液，再将二者混合均匀；（2）按照（Pr(NO3)3+金属锆盐）与模板剂质量比为20:1~5:1，称取足量的模板剂溶于无水乙醇中，配制成浓度为0.05~0.5g/mL的溶液；（3）在40~60℃水浴加热并剧烈搅拌的条件下，将模板剂的乙醇溶液逐滴加入到步骤（1）的混合溶液中；（4）向步骤（3）制得的混合物中加入NaOH乙醇溶液调节pH为9~10，再持续搅拌3~5h；（5）将步骤（4）得到的混合物转移到锥形瓶中，在温度为50~70℃，湿度为40~60%的恒温恒湿箱中培养24~48h；（6）将步骤（5）得到的混合物过滤，用无水乙醇洗涤干净后，在80~120℃下干燥12~24h，将得到的粉末在500~800℃下焙烧3~5h，得到介孔结构的PrxZr1-xO2固溶体催化剂。所述金属锆盐为Zr(NO3)4或ZrOCl2。所述模板剂为F127或P123。本专利技术的有益效果是：（1）所得的介孔结构的PrxZr1-xO2固溶体比表面积大（比表面积为110~140m2/g），具有较大的孔体积（孔体积为0.17~2.4cc/g），孔隙排列规则；（2）PrxZr1-xO2固溶体中存在的晶格缺陷能够显著提高材料的氧交换能力，掺杂的ZrO2可以大幅提高材料的储氧能力；（3）PrxZr1-xO固溶体中，镨以Pr6O11的形态存在，Pr6O11具有多重稳定氧化态，在低温下具有比CeO2更高的氧交换能力，尤其是它在经历高温焙烧之后储氧能力不会下降的优点有利于保持催化剂的稳定性，在催化领域具有极其重要的作用。附图说明图1是实施例1制得的介孔结构的Pr0.1Zr0.9O2固溶体催化剂的TEM图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术做进一步说明。实施例1（1）按Pr与Zr摩尔比=0.1:0.9，称取0.004mol（1.74g）Pr(NO3)3·6H2O和0.036mol（11.6g）ZrOCl2·8H2O，分别溶于10mL和90mL无水乙醇中，经过超声、搅拌之后分别配制成浓度为0.4mol/L的乙醇溶液，并将二者混合均匀；（2）按照（Pr(NO3)3·6H2O+ZrOCl2·8H2O）与模板剂F127的质量比为20:1，称取0.67g三嵌段共聚物F127溶于13mL无水乙醇中，配制成浓度为0.05g/mL的溶液；（3）在40℃下水浴搅拌步骤（1）的混合溶液，将F127的乙醇溶液逐滴加入步骤（1）的混合溶液中；（4）向步骤（3）得到的混合物中加入NaOH乙醇溶液调节pH为9，再持续搅拌3h；（5）将步骤（4）得到的混合物转移到锥形瓶中，在温度为50℃，湿度为40%的恒温恒湿箱中培养48h；（6）将步骤（5）得到的混合物过滤，用无水乙醇洗涤3次后，在80℃下干燥24h，将得到的粉末在500℃下焙烧5h，得到介孔结构的Pr0.1Zr0.9O2固溶体催化剂。催化活性测试：取90mg制得的Pr0.1Zr0.9O2固溶体催化剂与10mg碳烟粉末，混合均匀；再加入300mg20~40目的石英砂混合均匀，然后放在垫有石英棉的石英管中，置于固定床反应器中，先通入流速为50mL/min的高纯Ar气，在300℃下预处理30min，除去吸附水和易分解的碳酸盐；待反应器冷却至室温，通入流速为200mL/min的10%O2+Ar混合气，并用在线质谱检测尾气；以10℃/min的速率升温至碳烟完全燃烧，根据质谱检测的尾气数据可得，在催化剂作用下碳烟的起燃温度为268℃。实施例2（1）按Pr与Zr摩尔比=0.2:0.8，称取0.008mol（3.48g）Pr(NO3)3·6H2O和0.032mol（10.31g）ZrOCl2·8H2O，分别溶于16mL和64mL无水乙醇中，经过超声、搅拌之后分别配制成浓度都为0.5mol/L的溶液，并将二者混合均匀；（2）按照（Pr(NO3)3·6H2O+ZrOCl2·8H2O）与模板剂F127的质量比为10:1，称取1.38g三嵌段共聚物F127溶于13.8mL无水乙醇中，配制成浓度为0.1g/mL的溶液；（3）在50℃下水浴搅拌步骤（1）中的混合溶液，将F127的乙醇溶液逐滴加入混合液中；（4）向步骤（3）得到的混合物中加入NaOH乙醇溶液调节pH为9.5，再持续搅拌4h；（5）将步骤（4）得到的混合物转移到锥形瓶中，在温度为60℃，湿度为50%的恒温恒湿箱中培养36h；（6）将步骤（5）得到的混合物过滤，用无水乙醇洗涤3次后，在100℃下干燥18h，将得到的粉末在600℃下焙烧4h，得到介孔结构的Pr0.2Zr0.8O2固溶体催化剂。按实施例1催化活性测试方法对本实施例制得的Pr0.2Zr0.8O2固溶体催化剂催化活性进行测试，测试结果，在催化剂作用下碳烟的起燃温度为275℃。实施例3（1）按Pr与Zr摩尔比=0.3:0.7，称取0.012mol（5.22g）Pr(NO3)3·6H2O和0.028mol（12.02g）Zr(NO3)4·5H2O，分别溶于12mL和28mL无水乙醇中，经过超声、搅拌之后分别配制成浓度都为1mol/L的溶液，并将二者混合均匀；（2）按本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非贵金属碳烟燃烧催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）称取Pr(NO3)3和金属锆盐，在室温下分别溶于无水乙醇制成溶液，再将二者混合均匀；（2）取模板剂溶于无水乙醇中制成溶液；（3）在水浴加热并剧烈搅拌的条件下，将模板剂的乙醇溶液逐滴加入到步骤（1）中的混合溶液中；（4）向步骤（3）得到的混合物中加入NaOH乙醇溶液调节pH为9~10，再持续搅拌3~5h；（5）将步骤（4）得到的混合物在温度为50~70℃，湿度为40~60%的条件下培养24~48h；（6）将步骤（5）中得到的混合物过滤，用无水乙醇洗涤干净后，在80~120℃下干燥12~24h，将得到的粉末在500~800℃下焙烧3~5h，得到介孔结构的PrxZr1‑xO2固溶体催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种非贵金属碳烟燃烧催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）称取Pr(NO3)3和金属锆盐，在室温下分别溶于无水乙醇制成溶液，再将二者混合均匀；（2）取模板剂溶于无水乙醇中制成溶液；（3）在水浴加热并剧烈搅拌的条件下，将模板剂的乙醇溶液逐滴加入到步骤（1）中的混合溶液中；（4）向步骤（3）得到的混合物中加入NaOH乙醇溶液调节pH为9~10，再持续搅拌3~5h；（5）将步骤（4）得到的混合物在温度为50~70℃，湿度为40~60%的条件下培养24~48h；（6）将步骤（5）中得到的混合物过滤，用无水乙醇洗涤干净后，在80~120℃下干燥12~24h，将得到的粉末在500~800℃下焙烧3~5h，得到介孔结构的PrxZr1-xO2固溶体催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华，李宏程，李孔斋，曾良鹏，施从志，刑艳彬，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53