一种复合铈锆固溶体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种复合铈锆固溶体及其制备方法，所述复合铈锆固溶体，由氧化铈、氧化锆和稀土助剂复合而成，其重量百分比如下：氧化铈15-80%，氧化锆15-60%，稀土助剂5-25%，所述稀土助剂为氧化镧、氧化镨、氧化铷、氧化钇、氧化钐、氧化铽、氧化镝、氧化铒中的一种或多种。本发明专利技术的复合铈锆固溶体的制备方法步骤简单，所用原材料廉价易得，采用本发明专利技术制备的复合铈锆固溶体具有高的储氧能力和热稳定性等性能，由于经过复合表面活性剂修饰以及碳化焙烧处理，同时也使得复合铈锆固溶体获得了较大的孔径和孔容。

Composite cerium zirconium solid solution and preparation method thereof

The invention relates to a composite cerium zirconium solid solution and a preparation method thereof, wherein the composite ceria zirconia solid solution, by cerium oxide, zirconium oxide and rare earth compound and into, and the weight percentage are as follows: ceria zirconia 15-80%, 15-60%, 5-25% rare earth additives, the rare earth lanthanum and oxygen rubidium oxide, praseodymium oxide, yttrium oxide, samarium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, erbium oxide in one or more. The invention of the composite cerium zirconium solid solution step body has the advantages of simple preparation method, using cheap raw materials, using the prepared composite cerium zirconium solid solution has high oxygen storage capacity and thermal stability, because after the composite surfactant modified carbonized roasting and processing, but also makes the composite ceria zirconia solid solution to obtain larger aperture and Kong Rong.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合铈锆固溶体及其制备方法。
技术介绍
随着汽车工业的高速发展，汽车尾气污染已经引起了社会的普遍关注，采用三效催化剂（TWC）催化净化汽车尾气是目前解决尾气污染的主要途径之一。自从上世纪80年代初开始，氧化铈基高性能稀土储氧材料在汽车尾气净化三效催化剂中得到了广泛的应用，成为三效催化剂的关键材料，其决定了催化剂的性能和寿命，是各个企业在汽车尾气净化催化剂领域竞争的焦点。由于纯氧化铈的抗老化性能较差，当焙烧温度高于850℃时基本失去储氧能力。研究结果表明在氧化铈中添加适量的锆可以显著提高氧化铈的热稳定性和储氧性能，使铈锆固溶体成为汽车尾气净化催化剂的第二代储氧材料。虽然铈锆固溶体的储氧性能及抗老化性能明显优于纯氧化铈，即使在高温下出现明显烧结时也能保持高的储氧量，但是随着汽车保有量的不断增大以及环境污染的日益严重，汽车尾气净化用三效催化剂的性能尤其是储氧材料的热稳定性和储氧性能仍有待进一步提高。研究发现在铈锆固溶体复合氧化物中添加La、Pr、Nd、Y、Al等一种或多种元素时能够进一步改善储氧材料的储氧性能和热稳定性能，已经成为三效催化剂中储氧材料的主流。汽车尾气净化催化剂是在高空速和高温条件下使用的，作为载体之一的铈锆固溶体除要求具有合适的储氧性能和抗老化性能之外，还要求其抗老化性能能够适应汽车尾气净化催化剂的工作条件，即高的比表面积、大的孔容及合适的孔径，并具有良好的抗高温老化性能。如何使掺杂有其它元素的铈锆固溶体储氧材料达到最佳性能，其关键仍然在材料的制备方法或工艺。目前制备铈锆固溶体的方法主要有共沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法、水热法、高能球磨法等。其中，共沉淀法因工艺简单、条件易于控制、产品均一性好、生产成本较低、便于工业化生产等优点得到了广泛的应用，但是现有的共沉淀法工艺多样，制备的铈锆固溶体性能在某些方面不能满足汽车尾气净化催化剂的需求，如储氧量与热稳定性、表面积或孔性质无法同时完美匹配等。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种复合铈锆固溶体及其制备方法，所制备的复合铈锆固溶体具有高储氧能力、高热稳定性和多孔结构等特点，适用于汽车尾气净化、有机废气消除等废气净化或催化燃烧。本专利技术的复合铈锆固溶体，由氧化铈、氧化锆和稀土助剂复合而成，其重量百分比如下：氧化铈15-80%，氧化锆15-60%，稀土助剂5-25%，所述稀土助剂为氧化镧、氧化镨、氧化铷、氧化钇、氧化钐、氧化铽、氧化镝、氧化铒中的一种或多种。本专利技术的复合铈锆固溶体的制备方法，包括以下步骤：1）将计量的碳酸铈、碳酸锆和稀土助剂溶解在硝酸和双氧水的溶液中，在25-50℃温度下充分搅拌，制得可溶性的硝酸盐混合溶液A；所述稀土助剂为氧化镧、氧化镨、氧化铷、氧化钇、氧化钐、氧化铽、氧化镝、氧化铒中的一种或多种；2）将计量的氨水加入去离子水中，并加入计量的表面活性剂，在25-50℃温度下充分搅拌，制得溶液B；3）在25-100℃温度下，将硝酸盐混合溶液A和溶液B以1-5ml/min的速度并流滴加于烧杯中，并充分搅拌；完全沉淀后再加入计量的双氧水，继续搅拌30分钟；4）将步骤3）得到的固液混合物在一定温度下静止陈化一定时间；经过抽滤、洗涤、干燥和焙烧后得到复合铈锆固溶体。本专利技术的复合铈锆固溶体的制备方法，在步骤2）中：所述表面活性剂为脂肪酸或羧酸酯与醇类聚合物的混合物，脂肪酸为月桂酸、软脂酸、硬脂酸、油酸中的一种或多种；羧酸酯为吐温20、吐温60、吐温80中的一种或多种；醇类聚合物为聚乙烯醇或聚乙二醇。本专利技术的复合铈锆固溶体的制备方法，在步骤4）中：所述陈化温度为25-100℃，陈化时间为12-72小时。本专利技术的复合铈锆固溶体的制备方法，在步骤4）中，所述焙烧包括以下步骤：首先将干燥后的沉淀物在惰性气体中或在真空条件下进行一次碳化焙烧，焙烧温度为450-550℃，时间为4小时；然后再在空气气氛中进行二次焙烧，焙烧温度为550-650℃，时间为4小时。与现有技术相比本专利技术的有益效果为：本专利技术的复合铈锆固溶体的制备方法步骤简单，所用原材料廉价易得，采用本专利技术制备的复合铈锆固溶体具有高的储氧能力和热稳定性等性能，由于经过复合表面活性剂修饰以及碳化焙烧处理，同时也使得复合铈锆固溶体获得了较大的孔径和孔容。附图说明图1是本专利技术实施例3制备复合铈锆固溶体的XRD图谱；图2是本专利技术实施例3制备复合铈锆固溶体在100℃至750℃之间的H2-TPR图谱。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1一种复合铈锆固溶体，由氧化铈、氧化锆和稀土助剂复合而成，其制备方法包括以下步骤：首先将4ml的硝酸和3ml的双氧水加入150ml的去离子水中配置得到溶解酸液；然后加入2.44克的碳酸铈（CeO2含量41%）、4.76克的碳酸锆（ZrO2含量42%）、0.245克的氧化镨和0.245克的氧化铷，在25℃温度下搅拌溶解，得到硝酸盐混合溶液A；将7.5ml的氨水和1克的硬脂酸加入到150ml的去离子水中，在40℃下充分搅拌制得溶液B；将硝酸盐混合溶液A和溶液B以2.5ml/min的速度并流滴加于烧杯中，并充分搅拌；沉淀反应温度维持在30℃；滴加完毕后加入3ml的双氧水继续搅拌0.5小时，然后沉淀物在25℃下静止陈化24小时，然后过滤、洗涤、110℃下干燥，干燥后首先将沉淀物在真空条件下进行一次碳化焙烧，焙烧温度为450℃，时间为4小时；然后再在空气气氛中进行二次焙烧，焙烧温度为650℃，时间为4小时，得到复合铈锆固溶体，测试其储氧量为852.7μmolCO/g（通过100℃至750℃之间的H2-TPR图谱获得），1000℃下焙烧12小时老化后的储氧量为660.5μmolCO/g。实施例2一种复合铈锆固溶体，由氧化铈、氧化锆和稀土助剂复合而成，其制备方法包括以下步骤：首先将4ml的硝酸和3ml的双氧水加入150ml的去离子水中配置得到溶解酸液；然后加入2.44克的碳酸铈（CeO2含量41%）、4.76克的碳酸锆（ZrO2含量42%）、0.245克的氧化镨和0.245克的氧化铷，在40℃温度下搅拌溶解，得到硝酸盐混合溶液A；将7.5ml的氨水、1.5克硬脂酸和0.5克聚乙二醇加入到150ml的去离子水中，在40℃下充分搅拌制得溶液B；将硝酸盐混合溶液A和溶液B以2.5ml/min的速度并流滴加于烧杯中，并充分搅拌；沉淀反应温度维持在30℃；滴加完毕后加入5ml的双氧水继续搅拌0.5小时，然后沉淀物在30℃下静止陈化24小时，然后过滤、洗涤、110℃下干燥，干燥后首先将沉淀物在真空条件下进行一次碳化焙烧，焙烧温度为500℃，时间为4小时；然后再在空气气氛中进行二次焙烧，焙烧温度为650℃，时间为4小时，得到复合铈锆固溶体，测试其储氧量为1009.8μmolCO/g（通过100℃至750℃之间的H2-TPR图谱获得），1000℃下焙烧12小时老化后的储氧量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合铈锆固溶体，其特征在于：由氧化铈、氧化锆和稀土助剂复合而成，其重量百分比如下：氧化铈15‑80%，氧化锆15‑60%，稀土助剂5‑25%，所述稀土助剂为氧化镧、氧化镨、氧化铷、氧化钇、氧化钐、氧化铽、氧化镝、氧化铒中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种复合铈锆固溶体，其特征在于：由氧化铈、氧化锆和稀土助剂复合而成，其重量百分比如下：氧化铈15-80%，氧化锆15-60%，稀土助剂5-25%，所述稀土助剂为氧化镧、氧化镨、氧化铷、氧化钇、氧化钐、氧化铽、氧化镝、氧化铒中的一种或多种。
2.一种复合铈锆固溶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将计量的碳酸铈、碳酸锆和稀土助剂溶解在硝酸和双氧水的溶液中，在25-50℃温度下充分搅拌，制得可溶性的硝酸盐混合溶液A；所述稀土助剂为氧化镧、氧化镨、氧化铷、氧化钇、氧化钐、氧化铽、氧化镝、氧化铒中的一种或多种；
2）将计量的氨水加入去离子水中，并加入计量的表面活性剂，在25-50℃温度下充分搅拌，制得溶液B；
3）在25-100℃温度下，将硝酸盐混合溶液A和溶液B以1-5ml/min的速度并流滴加于烧杯中，并充分搅拌；完全沉淀后再加入计量的双氧水，继续搅拌30分钟；
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【专利技术属性】
技术研发人员：熊国槐，
申请(专利权)人：赣州博晶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36