一种碳颗粒物燃烧催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳颗粒物燃烧催化剂及其制备方法，由铈锆基复合氧化物载体及负载其上的第一活性组分、第二活性组分和第三活性组分组成，第一活性组分的负载量为10～30％，第二活性组分的负载量为0.1％～2％，第三活性组分的负载量为0％～10％。本发明专利技术的催化剂经过水热处理后，仍可使碳烟颗粒物的起燃温度保持在300℃左右，落到柴油机运行温度范围内，在相同的评价条件下，比已报道的碳烟颗粒燃烧催化剂具备更高的催化活性和水热稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于催化材料
，具体涉及一种碳颗粒物燃烧催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，机动车已然成为人们生产和生活中不可或缺的交通工具。柴油机以其耐久性、高可靠性、高的燃油经济性、低二氧化碳排放量等显著特点，被大规模地用于汽车、轮船、货车、柴油发电机等大型设备上。然而，近几十年来，机动车尾气的排放问题也引起越来越多的重视(CatalysisToday,2008,139(1～2):113～8)。2012年，全国机动车排放污染物4612.1万吨，比2011年增加0.1％，其中氮氧化物(NOx)640.0万吨，碳氢化合物(HC)438.2万吨，一氧化碳(CO)3471.7万吨，颗粒物(PM)62.2万吨。氮氧化物是形成酸雨的重要原因，同时还会与碳氢化合物发生光化学反应，形成光化学烟雾，这种光化学烟雾会对人体和环境造成严重的影响。碳烟颗粒会引起许多呼吸道系统疾病，严重危害人类的身体健康，更有甚者会对人的身体造成慢性毒性效应(环境科学,2011,30(1):331～346)。当碳烟颗粒的直径小于或等于2.5um时，就是近来人们重点关注的PM2.5。因此，降低柴油机尾气颗粒物排放量已经迫在眉睫，成为必须要解决的重要环境问题(环境工程学报,2008,2(5):577～585)。减少碳烟颗粒物污染最直接的后处理方法，就是碳烟颗粒完全燃烧形成二氧化碳(内燃机,2012,5(12):1～5)。但是碳烟颗粒的氧化温度达550～600℃，柴油机的排气温度达175～350℃，不足以完全氧化碳烟颗粒。因此，需要寻找一种催化活性较高的催化剂来降低碳烟颗粒的起燃温度，保证过滤器上捕集的碳烟颗粒能够完全燃烧被除去。目前，碳颗粒物燃烧催化剂主要有贵金属催化剂、过渡金属催化剂和复合型催化剂三大类。贵金属催化剂一般担载在载体上，以降低成本和增加比表面积。由于柴油机尾气中含有硫，此类催化剂易被毒化而失活。过渡金属催化剂是通过晶格中储存的大量的活性氧，降低碳颗粒物的燃烧温度。但其催化活性差异较大，活性较好的催化剂一般稳定性不是很好，稳定性好的催化剂活性就难以满足要求。复合型催化剂被认为是最有潜力的一大类催化剂，其中Ag负载在铈锆固溶体上的催化剂体系活性相对较好，在松散接触下起燃温度最低可以达到300℃左右。但是较少有研究进一步检验过催化剂的水热稳定性。因为在汽车尾气燃烧过程中，涉及到CH化合物的燃烧，反应在放热的同时会释放部分的水，所以制备出同时具有较高活性和水热稳定性的催化剂，就具有重大的实际生产意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳颗粒物燃烧催化剂。本专利技术的另一目的在于提供上述碳颗粒物燃烧催化剂的制备方法。本专利技术的具体技术方案如下：一种碳颗粒物燃烧催化剂，由铈锆基复合氧化物载体及负载其上的第一活性组分、第二活性组分和第三活性组分组成，第一活性组分的负载量为10～30％，第二活性组分的负载量为0.1％～2％，第三活性组分的负载量为0％～10％；铈锆复合氧化物载体的通式为CexZr1-xMyO2，其中M为稀土元素Y、La、Nd、Pr、Dy、Sm或Gd，其中下标x为Ce的摩尔比例系数，x为0.2～0.9；y为稀土元素的摩尔比例系数，y为0.01～0.3；第一活性组分为Ag；第二活性组分为贵金属Ru、Pd或Pt；第三活性组分为过渡金属Fe、Co、Ni或Cu。上述碳颗粒物燃烧催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)采用柠檬酸络合法制备铈锆基复合氧化物载体；(2)将铈锆基复合氧化物载体与适量乙二醇混合搅拌均匀；(3)将第一活性组分、第二活性组分和第三活性组分的盐类化合物分别溶于乙二醇中，再加入到步骤(2)的物料中，室温下通入N2充分搅拌；(4)用含5～20％NaOH的乙二醇调节步骤(3)的物料的pH至大于11，再加热充分反应5～7h，过程用水进行冷凝回流，得固液混合物；(5)将上述固液混合物经抽滤分离得到固体，在60～90℃下真空干燥5～8h，再在450～650℃下，含水10％的空气中焙烧5～10h，即得到所述碳颗粒物燃烧催化剂。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤(1)包括如下步骤：a、按照所述通式，称取硝酸铈、硝酸锆和稀土元素硝化盐，然后加入适量去离子水配制成混合溶液；b、向上述混合溶液中加入柠檬酸，在80～100℃的温度下搅拌直至溶液成凝胶状，柠檬酸与混合溶液中金属阳离子的摩尔比为1.5～2.0；c、将步骤c所得的物料于80～120℃干燥，并经充分研磨后，在N2气氛中，500～600℃下焙烧5～10h，得到所述铈锆复合氧化物载体。进一步优选的，所述稀土元素硝化盐为硝酸钇、硝酸镧、硝酸钕、硝酸镨、硝酸镝、硝酸钐或硝酸钆。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述第一活性组分的盐类化合物为硝酸银。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述第二活性组分的盐类化合物为四氨合硝酸铂、乙酰丙酮铂、乙酰丙酮钌、乙酰丙酮钯或乙酸钯。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述第三活性组分的盐类化合物为硝酸铁、乙酸铁、硝酸钴、乙酸钴、硝酸镍、乙酸镍、硝酸铜或乙酸铜。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的基于铈锆基氧化物较好的还原性能、储氧放氧能力及稳定性，以及金属银相对低廉的价格和贵金属较佳的氧化性能，制得了所述碳烟燃烧催化剂，在整体的催化剂设计过程当中，通过引入稀土金属元素，在保持催化剂较高活性的同时，提高了催化剂的水热稳定性。2、通过表征评价发现，本专利技术的催化剂经过水热处理后，仍可使碳烟颗粒物的起燃温度保持在300℃左右，落到柴油机运行温度范围内，在相同的评价条件下，比已报道的碳烟颗粒燃烧催化剂具备更高的催化活性和水热稳定性(JournalofCatalysis,2006,242:118–130)。附图说明图1为对实施例1与实施例13制备的催化剂的碳颗粒物程序升温氧化曲线对照图。具体实施方式以下通过具体实施方式结合附图对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述。下述实施例中的碳颗粒物燃烧催化剂的活性评价选用程序升温氧化(TPO)法测定，催化剂的催化氧化能力用碳烟颗粒的特征燃烧温度来表示，催化剂氧化碳烟颗粒的特征温度越低，则催化剂的催化活性越好。本专利技术采用碳烟颗粒的起燃温度(T10)、燃烧速率最大对应的温度(T50)和完全燃烧温度(T90)作为催化剂的活性评价数据，它们各自表示为碳烟完成10％，50％和90％时对应的燃烧温度。实施例1称取1.95g硝酸铈、0.64g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳颗粒物燃烧催化剂，其特征在于：由铈锆基复合氧化物载体及负载其上的第一活性组分、第二活性组分和第三活性组分组成，第一活性组分的负载量为10～30％，第二活性组分的负载量为0.1％～2％，第三活性组分的负载量为0％～10％；铈锆复合氧化物载体的通式为CexZr1‑xMyO2，其中M为稀土元素Y、La、Nd、Pr、Dy、Sm或Gd，其中下标x为Ce的摩尔比例系数，x为0.2～0.9；y为稀土元素的摩尔比例系数，y为0.01～0.3；第一活性组分为Ag；第二活性组分为贵金属Ru、Pd或Pt；第三活性组分为过渡金属Fe、Co、Ni或Cu。

【技术特征摘要】
1.一种碳颗粒物燃烧催化剂，其特征在于：由铈锆基复合氧化物载体及负载其上的
第一活性组分、第二活性组分和第三活性组分组成，第一活性组分的负载量为10～30％，
第二活性组分的负载量为0.1％～2％，第三活性组分的负载量为0％～10％；
铈锆复合氧化物载体的通式为CexZr1-xMyO2，其中M为稀土元素Y、La、Nd、Pr、
Dy、Sm或Gd，其中下标x为Ce的摩尔比例系数，x为0.2～0.9；y为稀土元素的摩尔比
例系数，y为0.01～0.3；
第一活性组分为Ag；
第二活性组分为贵金属Ru、Pd或Pt；
第三活性组分为过渡金属Fe、Co、Ni或Cu。
2.一种权利要求1所述的碳颗粒物燃烧催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下
步骤：
(1)采用柠檬酸络合法制备铈锆基复合氧化物载体；
(2)将铈锆基复合氧化物载体与适量乙二醇混合搅拌均匀；
(3)将第一活性组分、第二活性组分和第三活性组分的盐类化合物分别溶于乙二醇
中，再加入到步骤(2)的物料中，室温下通入N2充分搅拌；
(4)用含5～20％NaOH的乙二醇调节步骤(3)的物料的pH至大于11，再加热充
分反应5～7h，过程用水进行冷凝回流，得固液混合物；
(5)将上述固液混合物经抽滤分离得到固...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈秉辉，胡小燕，郑进保，张诺伟，邓湘玲，李梦溪，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35