一种炭烟燃烧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的催化剂及其制备方法和应用。该制备方法包括：配制含有金属离子与柠檬酸的前驱体溶液；将胶体晶体模板浸渍于前驱体溶液中，在35℃‑40℃、真空下陈化38h‑48h，洗涤、干燥，得到有前驱物的模板；将有前驱物的模板在有氧条件下以1℃/min‑2℃/min的速度升温至600℃‑650℃，保持4h‑6h，自然降温，得到炭烟燃烧的催化剂。由本发明专利技术的上述制备方法得到的催化剂的微观形貌完美，大孔排列有序，可有效提高催化剂与炭烟的接触面积，有效催化炭烟颗粒物的燃烧。

A catalyst for soot combustion and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种炭烟燃烧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，尤其涉及一种用于催化炭烟颗粒燃烧的催化剂，属于催化剂制备

技术介绍
柴油发动机具有高的燃油效率、低CO2排放、高耐久性的特点，因而对现代社会具有重要的作用，被广泛应用在机动车、船只以及大型机械上。然而柴油发动机的主要排放物碳烟颗粒物(PM)和NOx对大气环境造成的污染日趋严重，严重威胁生态环境和人体健康。机动车排放的污染物是城市大气PM2.5的主要来源之一，尤其是在大城市中，由机动车所排放的颗粒物、VOC、多环芳烃、SO2、NOx以及金属离子等为PM2.5的主要组成成份。因此，降低PM排放是柴油车尾气催化净化的重要任务，开展这方面的研究具有重要的环境保护意义。催化炭烟深度氧化燃烧是消除炭烟颗粒物排放的最有效手段，多类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以及铈基氧化物。贵金属具有最佳的催化活性，但由于价格昂贵且资源有限，因为寻找替代类催化剂迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于催化炭烟颗粒物燃烧的催化剂。本专利技术的另一目的在于提供一种上述炭烟颗粒物燃烧催化剂的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供一种上述炭烟颗粒物燃烧催化剂在炭烟颗粒物催化燃烧中的应用。为了实现上述目的，本专利技术首先提供了一种炭烟燃烧的催化剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：配制含有金属离子与柠檬酸的前驱体溶液；将胶体晶体模板浸渍于前驱体溶液中，在35℃-40℃、真空下陈化38h-48h，洗涤、干燥，得到有前驱物的模板；每10mL前驱体溶液浸渍3g-8g胶体晶体模板；将有前驱物的模板在有氧条件下以1℃/min-2℃/min的速度升温至600℃-650℃，保持4h-6h，自然降温，得到炭烟燃烧的催化剂。本专利技术的炭烟燃烧的催化剂的制备方法，以离心组装的聚丙烯酸甲酯微球为胶体晶体模板，以柠檬酸络合物为前驱体溶液，将胶体晶体模板浸渍于前驱体溶液之中，经热处理得到炭烟燃烧的催化剂，该催化剂具有丰富、有序、连通的孔道结构，有利于反应物(炭烟颗粒)分子的吸附与扩散，极高的比表面积提供了大量的氧活性位点，有利于气体分子NOX和CO的深度氧化。本专利技术的炭烟燃烧的催化剂的制备方法，包括制备含有金属离子与柠檬酸的前驱体溶液的步骤。在本专利技术的一具体实施方式中，前驱体溶液按照以下步骤制备得到：将(y-x)mol的硝酸镧、xmol的硝酸钾、0.5ymol的硝酸B及0.5ymol的硝酸B’混合，制备总金属离子浓度为2ymol/L的水溶液，再加入柠檬酸(固体)，在15℃-40℃水浴下搅拌2h以上至溶液澄清，得到前驱体溶液，其中，x＝0.05y至0.50y，y＝0.1-1。具体地，这里的硝酸B为Mn或Ni的硝酸盐，硝酸B’为Mn、Fe、Co、Ni、Cu中的任意一种的硝酸盐。具体地，柠檬酸与总金属离子的摩尔比为0.5-1.5：1。上述总金属离子是指硝酸镧、硝酸钾、硝酸B及硝酸B’中所有的金属离子。更具体地，水浴搅拌时的时间可以为3h-7h。本专利技术的炭烟燃烧的催化剂的制备方法，包括制备胶体晶体模板(CCT)的步骤。在本专利技术的一具体实施方式中，胶体晶体模板可以按照以下步骤制备得到：将甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体与水在70℃-85℃的水浴条件下搅拌20min以上，同时向反应体系中通入Ar(作为保护气)，得到乳化液A；在70℃-85℃的水浴条件下，将引发剂溶于水中，得到溶液B；将溶液B与乳化液A混合，通入Ar(作为保护气)，在70℃-85℃的水浴下搅拌反应1.5h-2.5h，得到白色悬浊液聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；将PMMA悬浊液以2000rpm-4000rpm的转速离心8h-14h，除去上层清液后将固体在低于50℃下干燥12h以上，得到胶体晶体模板(CCT)。制备得到的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球的直径为150nm-600nm。其中，MMA单体需要提前进行减压蒸馏以达到精制目的。具体地，MMA单体与水的体积比为(50-120):(310-240)。比如，MMA单体的添加量可以为(50-120)mL，水的添加量可以为(310-240)mL。具体地，引发剂为重结晶的过硫酸钾(KPS)，引入过程需预先将KPS溶于水中。采用的引发剂为重结晶的过硫酸钾的水溶液，其中，过硫酸钾与水的比例为0.3g-1.5g：40mL。本专利技术的炭烟燃烧的催化剂的制备方法，包括将胶体晶体模板与前驱体溶液混合的步骤。具体地，将CCT放于表面皿中，将前驱体溶液缓慢淋入表面皿，然后将表面皿放入真空干燥箱中充分浸渍，陈化后取出样品，抽滤去除多余前驱体溶液，用95％乙醇溶液淋洗固体三遍后转移至坩埚，在低于50℃的烘箱中干燥12h以上，得到渍后的CCT。通过在真空环境中进行浸渍，将胶体晶体模板的微球之间的气体抽去，以使前驱体溶液可以进入到微球之间的间隙。本专利技术又提供了一种炭烟燃烧的催化剂，其是通过本专利技术的上述炭烟燃烧的催化剂的制备方法制备得到的。该催化剂为三维有序大孔的双钙钛矿型材料-La2-xKxBB’O6(x＝0.05-0.50，B＝Mn、Ni，B’＝Mn、Fe、Co、Ni、Cu)，孔径为100nm-450nm。由于炭烟颗粒催化燃烧消除反应是一个气-固(颗粒物)-固(催化剂)三相复杂的深度氧化反应过程，催化剂活性的提高不仅与氧化物催化剂本身的氧化还原性能密切相关，同时还与固体催化剂和反应物的接触程度密切相关。同一活性组分的催化剂，与颗粒物的接触能力越高，活性越好。本专利技术的催化剂是一种三维有序大孔(3DOM)材料具有比表面积大、孔隙率高、孔结构排列周期性强、孔径分布窄、大孔尺寸均匀可调，可有效提高催化剂的接触面积进而提高催化活性，具有更大的比表面积和更好的氧化活性，因此具备三维有序大孔结构的的催化剂具有更高的催化活性。本专利技术的炭烟燃烧的催化剂可以进一步负载贵金属，得到负载贵金属的催化剂。本专利技术的炭烟燃烧的催化剂可以剂用于催化炭烟燃烧，比如净化机动车排放的炭烟颗粒物。本专利技术的催化剂在松散接触条件下有着比Pt基催化剂更好的催化性能，可大大降低贵金属的使用量，降低企业成本。本专利技术的炭烟燃烧的催化剂可以在150℃-400℃进行催化，满足机动车冷启动时的使用要求。在具体用于催化炭烟燃烧时，炭烟与炭烟燃烧的催化剂的质量比为5-20:1。本专利技术的炭烟燃烧的催化剂的制备方法简便易行，制备原料不含有毒有害物质，反应条件易于获得，制备周期较短。大孔孔径在100-450nm范围内可控，所得催化剂比表面积大，表现出良好的炭烟催化活性和CO2选择性，其催化活性与现有的贵金属催化剂活性相当，在松散接触条件下有着比Pt基催化剂更好的催化性能，在机动车尾气催化净化领域具有较高的应用价值。本专利技术的炭烟燃烧的催化剂微观形貌完美，大孔排列有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种炭烟燃烧的催化剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：/n配制含有金属离子与柠檬酸的前驱体溶液；/n将胶体晶体模板浸渍于前驱体溶液中，在35℃-40℃、真空下陈化38h-48h，洗涤、干燥，得到有前驱物的模板；每10mL前驱体溶液浸渍3g-8g胶体晶体模板；/n将有前驱物的模板在有氧条件下以1℃/min-2℃/min的速度升温至600℃-650℃，保持4h-6h，自然降温，得到炭烟燃烧的催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种炭烟燃烧的催化剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
配制含有金属离子与柠檬酸的前驱体溶液；
将胶体晶体模板浸渍于前驱体溶液中，在35℃-40℃、真空下陈化38h-48h，洗涤、干燥，得到有前驱物的模板；每10mL前驱体溶液浸渍3g-8g胶体晶体模板；
将有前驱物的模板在有氧条件下以1℃/min-2℃/min的速度升温至600℃-650℃，保持4h-6h，自然降温，得到炭烟燃烧的催化剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述前驱体溶液按照以下步骤制备得到：
将(y-x)mol的硝酸镧、xmol的硝酸钾、0.5ymol的硝酸B及0.5ymol的硝酸B’混合，制备总金属离子浓度为2ymol/L的水溶液，再加入柠檬酸在15℃-40℃水浴下搅拌2h以上至溶液澄清，得到前驱体溶液，其中，x＝0.05y至0.50y，y＝0.1-1。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述B为Mn或Ni，B’为Mn、Fe、Co、Ni、Cu中的任意一种。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其中，柠檬酸与总金属离子的摩尔比为0.5-1.5:1；
优选水浴搅拌时间为2h-7h。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述胶体晶体模板按照以下步骤制备得到：
将甲基丙烯酸甲酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦岳长，梅雪垒，张鹏，俞旗，赵震，刘坚，
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