一种柴油车用稀土基SCR催化剂及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种柴油车用稀土基SCR催化剂及制备方法，催化剂是以堇青石蜂窝陶瓷为载体涂覆涂层浆液，涂层浆液主要由稀土基粉体、粘结剂、添加剂和水组成；其中稀土基粉体的成分包括四种活性组分：第一活性组分为铈铌复合氧化物、铈锡复合氧化物、铈钇复合氧化物和铈镧复合氧化物中的一种或几种，第二活性组分为锰钐复合氧化物、锆铪复合氧化物、锌铒复合氧化物、铁铜复合氧化物、铜铪复合氧化物、锆铝复合氧化物中的一种或几种，第三活性组分为氧化铼，第四活性组分为钛钨粉。其优点是：催化剂低温性能好，操作温度窗口宽，在150℃时NO

【技术实现步骤摘要】
一种柴油车用稀土基SCR催化剂及制备方法
本专利技术涉及一种柴油车用稀土基SCR催化剂及制备方法，属于催化还原方法净化机动车尾气排放

技术介绍
柴油机由于在动力性、经济性和可靠性方面有着汽油机不可比拟的优势，特别是CO2排放低，其用途已不再仅局限于船用和大型商用乘用车的动力系统，而是已逐步扩展到各类车型上，柴油轿车在欧美市场的占有率已达到40%以上。我国政府在汽车产业规划中也大力支持柴油车的发展。但与此同时，柴油车尾气排放的氮氧化物（NOx）等污染排放问题也日趋突出，NOx是酸雨、光化学烟雾、雾霾的主要元凶之一。为了防治环境污染，我国颁布了《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段》（GB117691-2005），规定了柴油车的NOx排放标准。2015年1月1日，我国全面开始实施国Ⅳ排放标准，2017年1月1日，开始实施国Ⅴ排放标准。因此，对柴油车尾气排放的NOx治理迫在眉睫。选择性催化还原法（SCR）是目前应用最为广泛的柴油车NOx净化技术，它是在特定催化剂作用下，用氨或其他还原剂选择性的将NOx还原为N2的方法。对于车用柴油机，尤其是公交车、洒水车、扫地车等低速行驶的柴油车型，在运行过程中尾气排放温度仅有30%的时间超过200℃，而70%的时间均低于200℃。因此，柴油车用SCR催化剂必须在保证较宽操作温度窗口的同时具有优异的低温性能。CN103736497B与CN104338545A中公开了一种处理柴油机尾气中NOx的SCR催化剂，虽然工作温度窗口较宽，但都使用了剧毒物质钒，且其低温性能较差。CN103908970B公开的整体式SCR蜂窝催化剂，虽然在160-550℃范围内NOx转化率大于85%，但是活性物质仍主要为钒。CN105032446A公布了一种用于柴油车尾气净化的低温型SCR催化剂，其活性组分为氧化铁与氧化锰。该类催化剂200℃时NOx转化率较高，但操作温度窗口较窄，400℃时NOx转化率开始下降。CN103127951B中公开了一种用于柴油车尾气脱硝的分子筛型低温SCR催化剂，该类催化剂以铜、铁元素作为活性组分，基本可以满足低温高转化的要求，其在200℃时NOx转化率大于90%，完全转化的温度窗口是250-450℃。但是相比于稀土基催化剂，铁铜分子筛催化剂成本较高。CN101234345A、CN101234346B与CN101357328A中分别公开了一种环境友好的稀土基催化剂，该类催化剂用于固定源烟气脱硝领域，活性组分主要为CeO2，其机械性能及热稳定性好，但是活性温度窗口是250-400℃，低温段（200℃左右）活性较差。基于此，为了满足日益严格的尾气排放法规要求，开发无毒、高效、低温性能好、操作温度窗口宽的稀土基柴油车SCR催化剂，低成本的实现柴油车尾气的高效脱硝，具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有柴油车用催化剂在200℃左右NOx转化率不高的问题，提供一种成本低、低温活性高、操作温度窗口宽、抗水及二氧化硫性能好、制备方法简单、环境友好的柴油车用稀土基SCR催化剂及制备方法。本专利技术的技术方案如下：一种柴油车用稀土基SCR催化剂，其特征是：以堇青石蜂窝陶瓷为载体涂覆涂层浆液，涂层浆液主要由稀土基粉体、粘结剂、添加剂和水组成；其中稀土基粉体的成分包括四种活性组分：第一活性组分为铈铌复合氧化物、铈锡复合氧化物、铈钇复合氧化物和铈镧复合氧化物中的一种或几种，第二活性组分为锰钐复合氧化物、锆铪复合氧化物、锌铒复合氧化物、铁铜复合氧化物、铜铪复合氧化物、锆铝复合氧化物中的一种或几种，第三活性组分为氧化铼，第四活性组分为钛钨粉。在所述的稀土基粉体中第一活性组分的质量占稀土基粉体总质量的5-18%，第二活性组分的质量占稀土基粉体总质量的1.5-10%，第三活性组分的质量为稀土基粉体总质量的0.1-5%，第四活性组分的质量为稀土基粉体总质量的67-93.4%。所述涂层浆液中粘结剂为糯米胶。所述涂层浆液中添加剂为微晶纤维素，且其质量为稀土基粉体总质量的0.01%-5%。所述的柴油车用稀土基SCR催化剂的制备方法，其特征在于包括如下合成步骤：（1）浆液配制：将稀土基粉体与粘结剂按质量比例为0.5-7.5:1加入到120mL去离子水中；（2）浆液球磨：将步骤（1）所得浆液经行星式球磨机研磨，转速400转/分，运行时间5-60min，研磨后浆液粒度（D50）控制在100-1000nm范围内；（3）增加添加剂：在球磨后的浆液中加入微晶纤维素，并搅拌反应1-3h；（4）涂层涂覆：将称量质量后的堇青石载体浸入步骤（3）所得的涂层浆液中，浸入高度控制到0.3-0.5cm，然后使用真空装置迅速提拉，之后用气枪吹去孔道内多余液体，60℃下干燥1h。（5）重复上述涂覆操作直至催化剂涂层上载量占堇青石载体质量的50-80%，重复涂覆后催化剂的干燥温度为100℃，之后在450-650℃下焙烧4h即可制得所需催化剂。所述的柴油车用稀土基SCR催化剂制备方法，其特征在于涂层的脱落质量占涂层总质量的0.5%及以下。所述的稀土基催化剂主要是用于柴油车SCR领域，具体反应条件如下：模拟柴油车尾气中气体体积比组成为：100-1500ppmNO，100-1500ppmNH3，6-15%O2，0-20%H2O，Ar为载气，空速（GHSV）为30000-100000h-1。NH3/NO体积比为0.5-1.5，气体检测系统为配有气体池的傅里叶变换红外分析仪。采用上述技术方案，本专利技术的技术效果有：1.本专利技术所制备的柴油车用稀土基SCR催化剂低温性能好，操作温度窗口宽，在150℃时NOx的转化率达70%以上，180℃时NOx的转化率大于90%，200-500℃范围内NOx的转化率为100%，性能优于市场在售的传统V-W-Ti型SCR催化剂和进口含稀土元素Ce的非钒基SCR催化剂。2.本专利技术所制备的柴油车用稀土基SCR催化剂具有优越的抗硫中毒、抗高空速、抗水热老化性能。附图说明图1是本专利技术中的稀土基SCR催化剂与市场在售的V-W-Ti型催化剂和进口含稀土元素Ce的非钒基SCR催化剂的NOx转化性能对比曲线。图2是本专利技术中的稀土基SCR催化剂在高硫环境下的NOx转化性能曲线。图3是本专利技术中的稀土基SCR催化剂在不同空速下的NOx转化性能曲线。图4是本专利技术中的稀土基SCR催化剂在不同水热老化条件下的NOx转化性能曲线。具体实施方式下面将根据具体实施例对本专利技术进行进一步说明。实施例1：一种低温性能好操作温度窗口宽的柴油车用稀土基SCR催化剂的制备方法，具体合成步骤如下：（1）浆液配制：称量稀土基粉体48g，糯米胶20g加入到去120mL离子水中。对于稀土基粉体，含有的铈铌复合氧化物为粉体总质量的10%，铁铜复合氧化物为粉体总质量的2%，氧化铼为粉体总质量的0.28%，其余为钛钨粉，合成方法为传统沉积沉淀法，沉淀剂为氨水。（2）浆液球磨：浆液经行星式球磨机研磨，转速400转/分，运行时间10min，最终浆液粒度D50为721nm。（3）增加微晶纤维素：在步骤（2）中球磨后的浆液中加入0.068g微晶纤维素，并搅拌反应1h。（4）涂层涂覆：将质量为2.094g的堇青石载体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柴油车用稀土基SCR催化剂，其特征是：以堇青石蜂窝陶瓷为载体涂覆涂层浆液，涂层浆液主要由稀土基粉体、粘结剂、添加剂和水组成；其中稀土基粉体的成分包括四种活性组分：第一活性组分为铈铌复合氧化物、铈锡复合氧化物、铈钇复合氧化物和铈镧复合氧化物中的一种或几种，第二活性组分为锰钐复合氧化物、锆铪复合氧化物、锌铒复合氧化物、铁铜复合氧化物、铜铪复合氧化物、锆铝复合氧化物中的一种或几种，第三活性组分为氧化铼，第四活性组分为钛钨粉。

【技术特征摘要】
1.一种柴油车用稀土基SCR催化剂，其特征是：以堇青石蜂窝陶瓷为载体涂覆涂层浆液，涂层浆液主要由稀土基粉体、粘结剂、添加剂和水组成；其中稀土基粉体的成分包括四种活性组分：第一活性组分为铈铌复合氧化物、铈锡复合氧化物、铈钇复合氧化物和铈镧复合氧化物中的一种或几种，第二活性组分为锰钐复合氧化物、锆铪复合氧化物、锌铒复合氧化物、铁铜复合氧化物、铜铪复合氧化物、锆铝复合氧化物中的一种或几种，第三活性组分为氧化铼，第四活性组分为钛钨粉。2.根据权利要求1所述的柴油车用稀土基SCR催化剂，其特征是：在所述的稀土基粉体中第一活性组分的质量占稀土基粉体总质量的5-18%，第二活性组分的质量占稀土基粉体总质量的1.5-10%，第三活性组分的质量为稀土基粉体总质量的0.1-5%，第四活性组分的质量为稀土基粉体总质量的67-93.4%。3.根据权利要求1所述的柴油车用稀土基SCR催化剂，其特征是：所述涂层浆液中粘结剂为糯米胶。4.根据权利要求1所述的柴油车用稀土基SCR催化剂，其特征是：所述涂层浆液中添加剂为微晶纤维素，且其质...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兆强，王艳，赵文怡，张丞，马志鸿，张旭霞，王荣，宋静，
申请(专利权)人：包头稀土研究院，瑞科稀土冶金及功能材料国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15