一种炭烟燃烧反应的催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种炭烟燃烧反应的催化剂及其制备方法和应用。该催化剂以La2O2CO3纳米棒为载体，负载金纳米颗粒，其中，以La2O2CO3纳米棒的总重量为100％计，金纳米颗粒的负载量为1％‑4％。本发明专利技术还提供了上述催化剂的制备方法。本发明专利技术的催化剂可以高效的净化机动车排放的炭烟颗粒物。

【技术实现步骤摘要】
一种炭烟燃烧反应的催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种催化剂及其制备方法，尤其涉及一种La2O2CO3纳米棒负载金纳米颗粒的催化剂及其制备方法，属于催化剂制备

技术介绍
在面临世界能源短缺日益加剧的今天，柴油车由于具有高效耐久的动力来源、油耗低，比普通汽油发动机汽车节油25％-40％、CO2排放量低、经济效益好、维护成本低等优点，柴油车广泛应用在载重汽车、大型动力机械设备等方面并已成为节约能源的发展趋势。然而柴油车排放炭烟颗粒物(PM)的量比汽油车高50倍以上，这些颗粒物可以作为苯并芘、硝基稠环芳烃等强致癌物的载体，对大气环境和人体健康造成的污染和危害日趋严重。同时，机动车尾气排放污染物在很大程度上也是导致酸雨及光化学烟雾等空气污染问题日益加剧、雾霾天气频发的重要原因之一。因此，降低机动车尾气污染物排放，尤其是柴油车PM排放是大气净化的重要任务之一，开展这方面的研究具有重要的环境保护意义。目前消除柴油车尾气污染物的几种主要技术措施包括：(1)柴油清洁化技术，(2)发动机优化燃烧技术，(3)柴油车尾气排放后处理技术。尽管柴油清洁化和发动机优化燃烧技术对降低尾气污染物排放起到了很大作用，但其净化效果有限，而且不同程度地对汽车的动力性和经济性带来负面影响。尾气后处理技术是指对柴油车尾气在进入大气前进行处理，以减少PM和NOx等污染物排放的技术。由于能将污染物得到最大程度的净化，以及低廉的成本，尾气后处理方法是目前消除柴油车尾气污染使用最广泛的技术手段。其中，利用颗粒物捕集器与氧化催化剂结合的连续过滤再生技术(CRT)是最高效而经济的柴油机后处理技术。其中，开发高性能环保的催化剂是发展该技术的关键环节。许多催化剂已被研究证实对炭烟催化燃烧具有良好的效果，如碱金属氧化物、过渡金属氧化物、钙钛矿型氧化物、担载贵金属的复合氧化物。其中，贵金属Au具有独特的催化活性和选择性，一般将其以纳米颗粒的形式分散于载体上来合成催化剂，展示了良好的催化炭烟燃烧活性。但是，由于其高昂的价格和较差的稳定性，一直是制约金基纳米催化剂应用的重要因素。目前已存在的有关担载贵金属催化剂的制备方法有浸渍法、共沉淀法、沉积沉淀法、离子交换法、光化学沉积法、化学蒸发沉积法、金属有机络合物固载法及共溅镀法等。这些方法各有特点，但也存在着贵金属颗粒不易分散均匀、担载颗粒尺寸难以保持均一等缺点。例如，贵金属颗粒不易均匀担载在载体的表面上，使得贵金属颗粒尺寸分布不均，影响催化剂构效关系的建立；催化剂使用过程中，高温的条件下，贵金属活性组分极易团聚造成催化剂活性下降，催化剂的稳定性降低；贵金属的用量较高，利用率较低，造成目前机动车尾气净化装置的价格昂贵。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种贵金属能够均匀有效的负载在载体上，提高贵金属的利用率、稳定性和活性的炭烟燃烧反应的催化剂。为了实现上述技术目的，本专利技术首先提供了一种炭烟燃烧反应的催化剂，该催化剂以La2O2CO3纳米棒为载体，负载金纳米颗粒，其中，以La2O2CO3纳米棒的总重量为100％计，金纳米颗粒的负载量为1％-4％。本专利技术的催化剂以纳米棒结构的La2O2CO3为载体，负载贵金属金为活性组分，其中，La2O2CO3纳米棒具有择优暴露高能活性晶面的特性，贵金属Au纳米颗粒能够选择性的均匀担载在La2O2CO3纳米棒的高能晶面上，因此能够通过高能晶面的限域效应稳定金纳米颗粒，极大地提高贵金属Au纳米催化剂的利用率，稳定性和活性。为了实现上述技术目的，本专利技术还提供了一种炭烟燃烧反应的催化剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：步骤一：将La2O2CO3纳米棒与水混合，搅拌30min，得到载体液，其中，La2O2CO3纳米棒与水的质量比为(0.5-2):150；步骤二：将金前驱体与水混合，得到金前驱体溶液，其中，金前驱体溶液的浓度为0.01g/L-5g/L；步骤三：将金前驱体溶液滴加到载体液中，搅拌1h-4h，得到混合液；步骤四：将混合液在10转/s的搅拌速度下干燥、焙烧后，得到炭烟燃烧反应的催化剂。本专利技术的炭烟燃烧反应的催化剂的制备方法简单易行，较好地解决了炭烟催化燃烧反应中金基纳米催化剂的烧结失活问题。本专利技术的炭烟燃烧反应的催化剂，以纳米棒结构的La2O2CO3作为载体，所得到的催化剂长度均匀，粗细一致；另外，La2O2CO3纳米棒具有较强的抗高温烧结性能和良好的催化稳定性，较好地解决了炭烟催化燃烧反应中金基纳米催化剂的烧结失活问题。本专利技术的炭烟燃烧反应催化剂的制备方法简单易行，制备过程容易控制，依靠La2O2CO3纳米棒的高能表面{110}对Au离子的吸引力，使Au以纳米颗粒的形态均匀选择性的负载在La2O2CO3纳米棒的高能表面{110}上，大大提高了贵金属的利用率。本专利技术的炭烟燃烧反应催化剂可以应用于净化机动车排放的颗粒物。由于该催化剂的La2O2CO3纳米棒暴露的高能活性{110}晶面与金纳米颗粒的强相互作用，为催化反应提供了更多的活性位点，因此，该催化剂具有优异的催化性能，尤其是抗贵金属纳米Au颗粒烧结长大的稳定性。附图说明图1为实施例1的La2O2CO3-nanorods的透射电镜图(200nm)；图2a为实施例1的Au/La2O2CO3-nanorods的透射电镜图(200nm)；图2b为实施例1的Au/La2O2CO3-nanorods的透射电镜图(20nm)；图2c为实施例1的Au/La2O2CO3-nanorods的透射电镜图(5nm)；图3为实施例1的La2O2CO3-nanorods和Au/La2O2CO3-nanorods的X射线衍射图谱；图4为实施例1的La2O2CO3-nanorods和Au/La2O2CO3-nanorods的活性评价结果图；图5为实施例1的Au/La2O2CO3-nanorods的稳定性评价结果。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本专利技术的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本专利技术的可实施范围的限定。在本专利技术一具体实施方式中，提供了一种炭烟燃烧反应的催化剂，该催化剂以La2O2CO3纳米棒为载体，负载金纳米颗粒，其中，以La2O2CO3纳米棒的总重量为100％计，金纳米颗粒的负载量为1％-4％。具体地，采用的金纳米颗粒的粒径为3nm-5nm。比如，采用的金纳米颗粒的粒径可以为3.5nm、4nm、4.5nm。具体地，采用的La2O2CO3纳米棒的长度为200nm-300nm，宽度为10nm-20nm。比如，采用的La2O2CO3纳米棒的长度可以为250nm；宽度为15nm；更具体地，La2O2CO3纳米棒按照以下步骤制备得到：步骤a：将镧前驱体盐溶解在水中，得到前驱体盐溶液；步骤b：配置摩尔浓度为5M的一元碱溶液；步骤c：将一元碱溶液滴加至搅拌状态的前驱体盐溶液中，搅拌0.5h，得到混合液；步骤d：将所述混合液进行晶化处理，降温至室温，得到悬浮液；步骤e：将悬浮液的固体沉淀物经过洗涤、干燥和焙烧，得到La2O2CO3纳米棒。在优选实施方式中，步骤c中，搅拌的转速可以为10转/s；步骤d中，进行晶化时，可以将混合液置于高压晶化釜中进行。步骤e中，悬浮液的固体沉淀物可以通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种炭烟燃烧反应的催化剂，其特征在于，该催化剂以La2O2CO3纳米棒为载体，负载金纳米颗粒，其中，以La2O2CO3纳米棒的总重量为100％计，所述金纳米颗粒的负载量为1％‑4％。

【技术特征摘要】
1.一种炭烟燃烧反应的催化剂，其特征在于，该催化剂以La2O2CO3纳米棒为载体，负载金纳米颗粒，其中，以La2O2CO3纳米棒的总重量为100％计，所述金纳米颗粒的负载量为1％-4％。2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述金纳米颗粒的粒径为3nm-5nm；优选地，所述La2O2CO3纳米棒的长度为200nm-300nm，宽度为10nm-20nm。3.权利要求1或2所述的炭烟燃烧反应的催化剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：步骤一：将La2O2CO3纳米棒与水混合，搅拌30min，得到载体液，其中，所述La2O2CO3纳米棒与水的质量比为(0.5-2):150；步骤二：将金前驱体与水混合，得到金前驱体溶液，其中，所述金前驱体溶液的浓度为0.01g/L-5g/L；步骤三：将所述金前驱体溶液滴加到所述载体液中，搅拌1h-4h，得到混合液；步骤四：将所述混合液在10转/s的搅拌速度下干燥、焙烧后，得到所述炭烟燃烧反应的催化剂。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述金前驱体包括四氯化金。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤三中，所述金前驱体溶液的滴加速度为0.1mL/min-1.5mL/min。6.根据权利要求3所述的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦岳长，吴强强，赵震，刘坚，李建梅，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11