一种催化氧化炭烟颗粒的β分子筛催化剂及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种催化氧化炭烟颗粒的β分子筛催化剂及其制备方法和用途；所述催化剂以β分子筛为载体，负载活性组分Pt，其对炭烟颗粒具有优异的催化活性，尤其在反应气含水状态下，空速为300000mL/g·h

A Beta Zeolite Catalyst for Catalytic Oxidation of Carbon Smoke Particles and Its Preparation Method and Application

The invention provides a beta molecular sieve catalyst for catalytic oxidation of soot particles and its preparation method and application; the catalyst takes beta molecular sieve as carrier and loads active component Pt, which has excellent catalytic activity for soot particles, especially in the water-containing state of reaction gas, space velocity is 300 000 mL/g.h.

【技术实现步骤摘要】
一种催化氧化炭烟颗粒的β分子筛催化剂及其制备方法和用途
本专利技术涉及炭烟颗粒净化领域，尤其涉及一种催化氧化炭烟颗粒的β分子筛催化剂及其制备方法和用途。
技术介绍
2018年我国柴油车的保有量占汽车的9.4％，但其PM排放量接近汽车排放总量。由此可见，柴油车已成为我国机动车PM排放的主要分担者。颗粒物的大量排放不仅会引起环境污染比如，光化学烟雾、灰霾等，而且还会威胁到人民的身心健康。因此亟需重点控制颗粒物的排放。柴油车颗粒物过滤器技术(DPF)是目前最有效的后处理装置，但是需要定期再生，不然会造成背压，而影响柴油车的燃料经济性和机动性能。目前，再生方式有两种，主动再生和被动再生。前者是在DPF入口处设置燃烧器，喷入柴油和二次空气，然后引燃DPF截留的炭烟颗粒进行再生或采用通电加热的方法对DPF加热，以促使炭烟颗粒起燃。但是，此方法具有控制系统复杂、需额外的燃油消耗、喷油控制难度大、柴油燃烧不彻底和DPF可能烧毁等缺点。因此，后者备受关注。被动再生是将炭烟氧化型催化剂涂覆到DPF上，使得DPF上累积的炭烟在柴油车尾气温度范围内催化燃烧为CO2，从而实现DPF的再生。CN103495418A公开了一种大孔-介孔铈锆固溶体载银催化剂及制备方法和应用，所述催化剂载体为铈锆固溶体，其化学组成为Ce0.8Zr0.2O2，活性组分为单质银纳米颗粒，所述活性组分重量为Ce0.8Zr0.2O2载体重量的0.01～5％；优选所述单质银纳米颗粒为硝酸银焙烧后形成。此方案所述催化剂仅适用于低空速条件下的炭烟颗粒催化氧化，且催化反应过程中对CO2的选择性不高。JianLiu等以NH4VO3作为钒源，采用浸渍法制备了Vm/MOx，其中MOx代表了Al2O3、SiO2、TiO2或ZrO2中的任意一种，并测试了其对炭烟催化氧化的活性；测试结果表明其对于炭烟氧化具有一定的催化能力(参见文献“DieselsootoxidationoversupportedvanadiumoxideandK-promotedvanadiumoxidecatalysts”,JianLiu,etal.,AppliedCatalysisB:Environmental61(2005)36–46)，然而其缺陷在于催化过程对于CO2的选择性较差，均低于90％；同时上述催化剂仅适用于无水条件下对炭烟颗粒的氧化，不适于工业化应用。ShetianLiu等利用浸渍法制备了1wt％Pt/SiO2、1wt％Pt-V2O5/SiO2和1wt％Pt-MoO3/SiO2，并测试了其对于炭烟颗粒氧化的活性，测试结果表明V2O5和MoO3的加入提高了催化剂的活性(参见文献“SynergisticcatalysisofcarbonblackoxidationbyPtwithMoO3orV2O5”,ShetianLiu,etal.,AppliedCatalysisB:Environmental30(2001)259–265)，但采用上述催化剂在催化氧化的尾气中仍可以检测到浓度较高的CO，说明此方案所述催化剂对于炭烟颗粒催化氧化过程中的CO2的选择性较低；另外，尤其其利用掺杂金属元素的方式来提高催化剂的活性，增加了催化剂的制作成本，且V的毒性较高，处理成本高。CN106824187A公开了一种铈锆复合氧化物担载铂的催化剂及其制备方法和应用。该催化剂以纳米棒结构的铈锆复合氧化物为载体，以铂为活性担载组分，所述铂以单原子或纳米颗粒的形式担载在所述铈锆复合氧化物的表面。此方案所述催化剂中Pt的质量百分含量为4％；Pt属于贵金属，此方案的负载量较高，难以满足实际应用的要求。CN105727964A公开了一种同时脱除NO和炭烟颗粒物的三维复合氧化物催化剂及其制备方法和用途，所述制备方法为：在搅拌条件下，将铈源、铁源和锆源溶解于有机溶剂中，然后于20-45℃下搅拌均匀，形成前驱体溶液；称取模板剂加入前驱体溶液中浸渍、抽滤并干燥；干燥所得固体在加热炉中先进行第一次升温并保温，然后进行第二次升温并保温，即得三维复合氧化物催化剂。该三维复合氧化物催化剂为铈铁锆复合氧化物，其组成为Ce0.8Fe0.1Zr0.1O2。此方案的缺陷在于催化剂制备工艺复杂，产率低，不利于实际应用。上述文献虽然提供了一些用于炭烟颗粒催化氧化的催化剂及其制备方法，但仍然存在着催化剂贵金属含量高，在高空速、含水条件下催化活性差，对CO2的选择性差的问题；因此开发一种贵金属含量低，在高空速、含水条件下对炭烟颗粒的催化效率和对CO2选择性均高的催化剂仍具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种催化氧化炭烟颗粒的β分子筛催化剂及其制备方法和用途。所述催化剂是以β分子筛为载体，负载活性组分Pt，其对炭烟颗粒具有优异的催化活性，且在反应气中含水状态下，空速为300000mL/g·h-1的条件下，炭烟颗粒起燃温度(T10)为389-447℃；其在整个反应过程CO2选择性接近100％，避免了CO的产生，所述催化剂能应对在实际运行过程中复杂的柴油车尾气组分，因此，具有很好的实际应用前景。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种催化氧化炭烟颗粒的β分子筛催化剂，所述催化剂是以β分子筛为载体，负载活性组分Pt。本专利技术采用以β分子筛为载体，负载活性组分Pt的催化剂来催化氧化炭烟颗粒，由于β分子筛与Pt间的协同作用使得催化剂对炭烟颗粒具有较强的氧化能力，且其在整个反应过程CO2选择性接近100％，有效避免了CO的产生；同时本专利技术所述催化剂在含水条件下也具有较高的催化活性，在反应气含水状态下，空速为300000mL/g·h-1，炭烟颗粒起燃温度(T10)为389-447℃。本专利技术所述炭烟颗粒是指柴油车尾气中的颗粒物，其主要成分为C。优选地，所述Pt的负载量为0.01％-2％，例如0.01％、0.1％、0.3％、0.5％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、1.8％或2％，优选为0.1％-1.5％，进一步优选为0.5％-1％。本专利技术优选将Pt的负载量控制在0.5％-1％，在该负载量下，所述催化剂既具有优异的催化效果，同时由于Pt的负载量低，明显降低催化剂的成本，有利于工业化应用。优选地，所述β分子筛为全硅β分子筛。第二方面，本专利技术还提供了如第一方面所述催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)配制Pt源溶液；(2)将步骤(1)溶液与β分子筛混合；(3)将步骤(2)得到的产物干燥，焙烧得到所述催化剂。优选地，步骤(1)所述Pt源包括Pt(NH3)4(OH)2，H2PtCl6·6H2O，Pt(NH3)4(NO3)2或Pt(NH3)4Cl2中的任意一种或至少两种的组合，优选为Pt(NH3)4(NO3)2。优选地，所述Pt源溶液的浓度为0.041mmol/L-8.2mmol/L，例如0.041mmol/L、0.1mmol/L、0.5mmol/L、1mmol/L、2.05mmol/L、4.1mmol/L、5mmol/L、6mmol/L或8.2mmol/L，优选为2.05mmol/L-4.1mmol/L。优选地，步骤(2)所述β分子筛的质量与Pt源溶液的体积比为1：(5-20)g/mL，例如1：5g/mL、1：8g/mL、1：12本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化氧化炭烟颗粒的β分子筛催化剂，其特征在于，所述催化剂是以β分子筛为载体，负载活性组分Pt。

【技术特征摘要】
1.一种催化氧化炭烟颗粒的β分子筛催化剂，其特征在于，所述催化剂是以β分子筛为载体，负载活性组分Pt。2.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述Pt的负载量为0.01％-2％，优选为0.1％-1.5％，进一步优选为0.5％-1％；优选地，所述β分子筛为全硅β分子筛。3.如权利要求1或2所述催化氧化炭烟颗粒的β分子筛催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)配制Pt源溶液；(2)将步骤(1)配制的Pt源溶液与β分子筛混合；(3)将步骤(2)得到的产物干燥，焙烧得到所述β分子筛催化剂。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述Pt源包括Pt(NH3)4(OH)2、H2PtCl6·6H2O、Pt(NH3)4(NO3)2或Pt(NH3)4Cl2中的任意一种或至少两种的组合，优选为Pt(NH3)4(NO3)2；优选地，所述Pt源溶液的浓度为0.041-8.2mmol/L，优选为2.05-4.1mmol/L。5.如权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述β分子筛的质量与Pt源溶液的体积比为1：(5-20)g/mL，优选为1：12.5g/mL；优选地，所述混合的方法包括超声和搅拌；优选地，所述超声的时间为0.2-1h，优选为0.5h；优选地，所述搅拌的时间为0.5-2h，优选为1-2h。6.如权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺泓，王猛，张燕，余运波，单文坡，吴勤明，孟祥举，肖丰收，
申请(专利权)人：中国科学院城市环境研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35