柴油车尾气净化的负载型稀土钙钛矿催化剂及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种柴油车尾气净化的负载型稀土钙钛矿催化剂及制备方法，所述催化剂由催化剂载体和催化剂活性组分构成，催化剂载体为SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、CeO2、Ce0.9Zr0.1O2、Ce0.9Re0.1O2中的一种或两种，催化剂活性组分为LaCoO3，催化剂活性组分在催化剂中的含量为10%‑50wt%；在Ce0.9Re0.1O2中Re=La、Pr、Nd、Sm或Y。所述催化剂的制备方法为：采用直接浸渍法或浸渍‑沉淀法合成。其优点是：操作简单，催化剂种类新颖，合成的催化剂能够满足柴油车尾气的排放要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种柴油车尾气净化的负载型稀土钙钛矿催化剂及制备方法，应用于柴油车尾气中NOx与Soot的同时催化消除，属于柴油车尾气净化催化剂

技术介绍
柴油车尾气污染已经成为公认的威胁人体健康的严重环境污染现象。其排放的主要污染物除碳烟颗粒物（Soot）外，还包括体积比为300-1650ppm的NOx。众所周知，NOx与Soot颗粒不仅会引起各种呼吸道疾病，而且还能造成光化学烟雾、雾霾等严重的环境污染现象。因此，对NOx和Soot的治理刻不容缓，开发高效实用的、可控制Soot与NOx排放的技术是实现柴油车尾气排放达标的关键。Yoshida等首次提出了Soot和NOx互为氧化还原的以废治废的思想，并验证了Soot颗粒的氧化反应和NOx的还原反应可以在相同温度范围内进行，且NOx的存在可以降低Soot颗粒燃烧的活化能。为了同时消除柴油车尾气中的NOx和Soot，日本的丰田汽车公司也开发出了DPNR(dieselparticulate-NOxreduction)系统，而高效催化剂的研制和开发是该技术的核心。贵金属催化剂一直被认为是净化汽车尾气最有效的催化剂。但贵金属资源紧缺、价格昂贵，且易高温烧结、挥发，所以人们一直在寻找一种可以替代贵金属的汽车尾气净化催化剂。而钙钛矿型复合氧化物由于价格低廉，具有优良的化学稳定性、热稳定性和结构稳定性在同时消除NOx和Soot的反应中表现出了良好的催化活性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种原料价格低廉、催化活性高、热稳定性好、具有较好的柴油车尾气净化效果的柴油车尾气净化的负载型稀土钙钛矿催化剂，以及操作简单，对仪器要求低的催化剂制备方法。所述负载型稀土钙钛矿催化剂由催化剂载体和催化剂活性组分构成，催化剂载体为SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、CeO2、Ce0.9Zr0.1O2、Ce0.9Re0.1O2中的一种或两种，催化剂活性组分为LaCoO3，催化剂活性组分在催化剂中的含量为10%-50wt%；在Ce0.9Re0.1O2中Re=La、Pr、Nd、Sm或Y。所述负载型稀土钙钛矿催化剂的制备方法如下：负载型稀土钙钛矿催化剂采用直接浸渍法或浸渍-沉淀法合成；采用直接浸渍法合成负载型稀土钙钛矿LaCoO3催化剂，其具体步骤如下：按照La:Co的摩尔比为1:1称取0.5-10g可溶性镧盐与钴盐，并溶于20-300ml去离子水中，加入2-10g所述的催化剂载体，超声1-5h，磁力搅拌3-10h，干燥，200-400°C下焙烧1h，600-900oC下焙烧4h，升温速率为1-20°C/min；采用浸渍-沉淀法合成负载型钙钛矿LaCoO3催化剂，其具体步骤如下：按照La:Co的摩尔比为1:1称取0.5-10g可溶性镧盐与钴盐，并溶于20-300ml去离子水中，加入2-10g所述的催化剂载体，之后滴加NH3·H2O至溶液pH=8-12，将溶液静置过夜，干燥，200-400°C下焙烧1h，600-900°C下焙烧4h，升温速率为1-20°C/min。本专利技术中所述的不同载体负载的钙钛矿LaCoO3催化剂主要是用于柴油车尾气NOx-Soot同时催化消除领域，具体检测方式为：在具体反应条件如下，气体组成为：100-600ppm（体积分数）NO，5%-20%（体积分数）O2，Ar为平衡气。空速为10000-40000h-1，测试温度范围为100-800°C，Soot用量为催化剂用量的1%-20wt%，气体检测系统为配有气体池的傅里叶变换红外分析仪。本专利技术的技术效果有：1、本专利技术的制备方法简单易行，容易实现工业化生产，且制得的催化剂可调控性比较强，可以通过改变活性组分LaCoO3的负载量、载体的种类或引入其他合适元素改善催化剂的NOx-Soot同时催化消除效果。2、本专利技术中所合成的催化剂种类新颖，尤其是LaCoO3/Ce0.9Zr0.1O2和LaCoO3/Ce0.9RE0.1O2(RE=La、Pr、Nd、Sm、Y)催化剂。3、本专利技术中通过改变载体的种类来改善催化剂的NOx-Soot同时催化效果，发现LaCoO3/CeSmO2催化剂在341°C时Soot达到最大燃烧速率，NOx还原效率高达90%以上。具体实施方式本专利技术的催化剂载体SiO2采用Stober法合成。本专利技术的催化剂载体Al2O3、TiO2、ZrO2、CeO2、Ce0.9Zr0.1O2、Ce0.9RE0.1O2(RE=La、Pr、Nd、Sm、Y)采用共沉淀法或水热法合成。采用共沉淀法合成催化剂载体Al2O3、TiO2、ZrO2、CeO2、Ce0.9Zr0.1O2、Ce0.9RE0.1O2(Re=La、Pr、Nd、Sm、Y)的具体步骤：在0.5-10g可溶性镧盐与钴盐溶液中加入聚乙二醇-2000，其量为金属盐的1-10wt%，滴加过量尿素，其与金属盐溶液摩尔比为20-5:1。之后在90°C下恒温搅拌反应4h，抽滤，洗涤，干燥，600-900°C下焙烧5h，升温速率为1-20°C/min；采用水热法合成催化剂载体Al2O3、TiO2、ZrO2、CeO2、Ce0.9Zr0.1O2、Ce0.9RE0.1O2(Re=La、Pr、Nd、Sm、Y)的具体步骤：在0.5-10g可溶性镧盐与钴盐溶液中加入3-20g的聚乙二醇-2000，滴加NaOH至pH=8。之后搅拌反应4h，然后将液体移至水热反应釜中，在80-120°C下反应10-48h，离心，洗涤，干燥，600-900°C下焙烧5h，升温速率为1-20°C/min。下面通过实例来进一步说明本专利技术的特点，而非限制本专利技术；本专利技术的突出特点和显著进步绝不限制于下述实例。实施例1：采用共沉淀-直接浸渍法制备用于柴油车尾气净化的LaCoO3/ZrO2催化剂，具体步骤包括：（1）共沉淀法制备载体ZrO2：将20.904gZr(NO3)4·5H2O、29.243gCO(NH2)2及10.74g聚乙二醇PEG-2000溶于500mL去离子水中，加热至60°C搅拌至溶液澄清，然后在90°C下搅拌反应4h，离心洗涤，80°C干燥过夜，700°C下焙烧5h（升温速率为5°C/min）后即可制得载体ZrO2。（2）直接浸渍法制备催化剂LaCoO3/ZrO2：称量1.409gLa(NO3)3·6H2O和0.947gCo(NO3)2·6H2O（相当于La:Co的摩尔比为1:1）溶于100mL去离子水中，加入3.0g载体ZrO2并超声1h，之后磁力搅拌6h，110°C干燥过夜，300°C下焙烧1h，700°C下焙烧4h（升温速率为5°C/min）即可制得LaCoO3/ZrO2。表1为载体ZrO2与催化剂LaCoO3/ZrO2的性能测试结果。样品名Tm(°C)Rm(%)ZrO249135LaCoO3/ZrO237457Tm：Soot燃烧达到最大速率时对应的温度Rm：NOx的最高还原率实施例2：采用共沉淀-浸渍沉淀法制备用于柴油车尾气净化的LaCoO3/Ce0.9Pr0.1Ox催化剂，具体步骤包括：共沉淀法制备载体Ce0.9Pr0.1Ox：将22.694gCe(NO3)3·6H2O、2.526gPr(NO3)3·6H2O、34.877gCO(NH2)2及12.8g聚乙二醇-2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柴油车尾气净化的负载型稀土钙钛矿催化剂，其特征是：所述催化剂由催化剂载体和催化剂活性组分构成，催化剂载体为SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、CeO2、Ce0.9Zr0.1O2、Ce0.9Re0.1O2中的一种或两种，催化剂活性组分为LaCoO3，催化剂活性组分在催化剂中的含量为10%‑50wt%；在Ce0.9Re0.1O2中Re = La、Pr、Nd、Sm或Y。

【技术特征摘要】
1.一种柴油车尾气净化的负载型稀土钙钛矿催化剂，其特征是：所述催化剂由催化剂载体和催化剂活性组分构成，催化剂载体为SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、CeO2、Ce0.9Zr0.1O2、Ce0.9Re0.1O2中的一种或两种，催化剂活性组分为LaCoO3，催化剂活性组分在催化剂中的含量为10%-50wt%；在Ce0.9Re0.1O2中Re=La、Pr、Nd、Sm或Y。2.一种根据权利要求1所述的柴油车尾气净化的负载型稀土钙钛矿催化剂的制备方法，其特征是：负载型稀土钙钛矿催化剂采用直接浸渍法或浸渍-沉淀法合成。3.根据权利要求2所述的柴油车尾气净化的负载型稀土钙钛矿催化剂的制备方法，其特征是：采用直接浸渍法合成负载型稀土钙钛矿催化剂，的具体步骤为：按照La:Co的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兆强，王艳，
申请(专利权)人：包头稀土研究院，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15