碳烟复合氧化物催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳烟复合氧化物催化剂及其制备方法，属于新材料技术领域，旨在提供一种制备工艺简单、催化活性高、质量好的碳烟颗粒燃烧的催化剂。该催化剂是将钙钛矿型氧化物（ABO3）的A位采用K

Carbon smoke composite oxide catalysts and their preparation methods

The invention discloses a carbon smoke composite oxide catalyst and a preparation method thereof, belonging to the field of new material technology, aiming to provide a catalyst with simple preparation process, high catalytic activity and good quality for burning soot particles. The catalyst is to use the A position of perovskite type oxide (ABO3) to use K

【技术实现步骤摘要】
碳烟复合氧化物催化剂及其制备方法
本专利技术涉及新材料
，具体涉及的是一种碳烟复合氧化物催化剂及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着我国经济的高速发展，柴油机因其热效率高、燃油消耗率低以及功率覆盖面广等优点，被广泛应用于生活中。然而，燃油汽车给人们出行带来方便的同时，也产生严重的污染。其中，排出尾气中含有的碳烟颗粒（Soot）物是大气PM2.5主要的来源之一，也是一种严重的致癌物质，给环境和人民的健康带来严重的威胁。如今，国家对环境保护问题日益重视，降低大气污染和PM2.5排放量已经成为环保部门必须面对并亟待解决的重要问题。据有关研究显示，钙钛矿型氧化物（ABO3）具有氧化还原性能好、高温稳定性优良、氧移动性能好以及成本低等特点，被研究者认为具有潜在发展前景的处理Soot的催化材料之一。研究表明，只要钙钛矿的容忍因子t，其中rA、rB、rO分别为A、B和O位的离子半径）在0.75～1.0间，钙钛矿的结构可保持一定稳定性，这给钙钛矿的组成提供一些灵活性，正是钙钛矿型氧化物材料具有这种特殊的结构，使得钙钛矿型材料具有许多特殊的性质，如热电性能、超导性能、压电性能、光学性能、磁学性能等，成为一种具有广阔发展前景的功能材料。但现有的此类材料在碳烟颗粒物处理应用的效果仍然是差强人意，亟待改进或开发新的催化剂材料品种。
技术实现思路
本专利技术提供一种碳烟复合氧化物催化剂及其制备方法，对ABO3的A位和B位同时直接部分调变，获得一种产品粒度均匀、比表面积大、催化活性高的复合氧化物催化剂，其制备方法简单，无需大型特殊设备，工业前景十分广阔。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下，在保持钙钛矿ABO3结构不变的条件下，利用铁酸镧或钴酸镧基钙钛矿的A离子和B离子被其它离子部分调变改性后，即采用K+代替部分A位的La3+，采用Ni3+代替部分B位Co3+，以产生更多的缺陷，改善提高其氧化还原能力，进而制备得到高催化效率的钙钛矿氧化La1-xKxCo0.3Ni0.7O3，其中x=0.1～0.7。上述碳烟复合氧化物催化剂的制备方法，包括如下步骤，1）分别称取固体La(NO3)3ž6H2O、KNO3、Co(NO3)3ž6H2O和Ni(NO3)3ž6H2O，分别加蒸馏水配制成对应的硝酸盐溶液；2）按照La1-xKxCo0.3Ni0.7O3的化学计量比，分别量取步骤1）所得的硝酸盐溶液混合，于恒温条件下，边超声振荡边向该混合溶液内缓慢加入柠檬酸，然后保持恒温直至形成凝胶体A；3）将所得凝胶体A加热干燥，研磨得前驱体B；4）对所得前驱体B进行煅烧，自然降至室温，即成。优选的，在所述步骤1）中，各硝酸盐溶液的浓度控制为0.05～1.0molžL-1。优选的，在所述步骤2）中，恒温温度控制为70～80℃。优选的，在所述步骤2）中，所述柠檬酸溶液的浓度为1.0molžL-1。优选的，在所述步骤2）中，按柠檬酸：金属离子=1.1～2.0:1.0摩尔比加入柠檬酸溶液。优选的，在所述步骤3）中，所述加热干燥温度控制为100～110℃。优选的，在所述步骤4）中，煅烧温度控制为500～800℃。优选的，在所述步骤4）中，煅烧时间控制为2～4h。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果体现在：1.改变传统制备钙钛矿催化剂的技术手段（部分调变钙钛矿复合氧化物中的A位离子或B位离子的价态和氧化还原性能），本专利技术提供一种新的设计理念：对钙钛矿复合氧化物（ABO3）的A位采用K+代替部分La3+，B位采用Ni3+部分替代Co3+，A、B位同时直接调变，获取一种比表面积大、产品粒度均匀，平均粒径为30～45nm、催化活性高、高温稳定性好的复合氧化物催化剂，能明显降低催化反应所需时间，节约能耗，降低生产成本。2.该催化剂的制备工艺简单，操作方便，无需大型特殊设备，投资小，经济效益显著，工业前景十分广阔。附图说明图1为600℃煅烧后制备的La1-xKxCo0.3Ni0.7O3(x=0.1)材料的XRD图谱；图2为500℃煅烧后制备的La1-xKxCo0.3Ni0.7O3(x=0.3)材料的XRD图谱；图3为800℃煅烧后制备的La1-xKxCo0.3Ni0.7O3(x=0.7)材料的XRD图谱；图4为700℃煅烧后制备的La1-xKxCo0.3Ni0.7O3(x=0.5)材料的XRD图谱。以上XRD图谱中，y轴表示相对强度，通常省略。具体实施方式下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法；所用的试验材料及试剂，如无特别说明，均为常规市售；以下实施例中的检测或测试方法，如无特别说明，均为常规方法。下面结合具体实施例详细描述本专利技术的技术方案。实施例1一种用于碳烟颗粒燃烧的碳烟复合氧化物催化剂，该催化剂是将钙钛矿型氧化物（ABO3）的A位采用K+代替部分La3+，B位采用Ni3+部分替代Co3+而得的复合金属氧化物，其化学组成是La0.9K0.1Co0.3Ni0.7O3。该实施例中用于碳烟颗粒燃烧的碳烟复合氧化物催化剂由如下步骤制得，1）准确称取21.6500g的La(NO3)3ž6H2O固体、5.055g的KNO3固体、14.5535g的Ni(NO3)3ž6H2O固体、14.5395g的Co(NO3)3ž6H2O固体于容器内，分别向各容器内加入去离子水，配制成离子浓度为0.5molžL-1的硝酸盐溶液。2）按照La0.9K0.1Co0.3Ni0.7O3的化学计量比，分别量取步骤1）中的La(NO3)3溶液180ml、KNO3溶液20ml、Ni(NO3)3溶液140ml、Co(NO3)3ž6H2O溶液60ml于一容器内，混合，将该容器放入温度为70～80℃的恒温水浴，然后边超声振荡边向该混合溶液内缓慢加入300ml的1.0molžL-1的柠檬酸溶液，超声振荡20min后得到凝胶体A；3）将上述凝胶体A置于鼓风烘箱中，在100～110℃的条件下，加热干燥，得到该催化剂的粉体，研磨后得前驱体B；4）将前驱体B置于电炉中，在600℃条件下煅烧3h，自然降至室温，即可。采用荷兰PANalytical公司生产的X'pertPro型X射线粉末衍射仪分析催化材料的相组成，操作电压30kV，电流30mA，采用CuKα（λ=0.1540598nm）作为射线源，得图1，从图1中可以看出，该复合氧化物催化剂的主晶相为钙钛矿，同时含有微量的氧化镍。对上述复合氧化物催化剂的催化燃烧活性分析：（1）取soot模拟汽车尾气碳烟颗粒作为对照，购自德国Printex，soot平均粒径25nm；（2）将材料La0.9K0.1Co0.3Ni0.7O3与soot以质量比位15:1的比例研磨10～60min后得到混合样品；（3）取该样在同步综合热分析TG/DSC（NETZSCHSTA409PC/PG）装置上测试soot最大燃烧速率所对应的温度Tm，升温速率为10℃/min。对其进行催化燃烧活性分析：与不加催化剂相比，加入La0.9K0.1Co0.3Ni0.7O3材料可使soot最大燃烧速率温度Tm从约590℃降至340～355℃，其催化效果明显。实施例2一种用于碳烟颗粒燃烧的碳烟复合氧化物催化剂，该催化剂是将钙钛矿型氧化物（ABO3）的A位采用K+代替部分La3+，B位采用Ni3+部分替代C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳烟复合氧化物催化剂，其化学通式为La1‑xKxCo0.3Ni0.7O3 ，其中x=0.1～0.7。

【技术特征摘要】
1.一种碳烟复合氧化物催化剂，其化学通式为La1-xKxCo0.3Ni0.7O3，其中x=0.1～0.7。2.权利要求1所述碳烟复合氧化物催化剂的制备方法，包括如下步骤，1）分别称取固体La(NO3)3·6H2O、KNO3、Co(NO3)3·6H2O和Ni(NO3)3·6H2O，分别加蒸馏水配制成对应的硝酸盐溶液；2）按照La1-xKxCo0.3Ni0.7O3的化学计量比，分别量取步骤1）所得的硝酸盐溶液混合，于恒温条件下边超声振荡边向该混合溶液内缓慢加入柠檬酸，然后保持恒温直至形成凝胶体A；3）将所得凝胶体A加热干燥，研磨得前驱体B；4）对所得前驱体B进行煅烧，自然降至室温，即成。3.根据权利要求2所述的碳烟复合氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤1）中，各硝酸盐溶液的浓度控制为0.05～1.0molžL-1。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨中正，张新中，韩爱红，张帅兵，李磊，杜航航，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南,41