负载大孔钙钛矿氧化物的柴油颗粒捕集器及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种负载大孔钙钛矿氧化物的催化型柴油颗粒捕集器及其应用。本发明专利技术中负载大孔钙钛矿氧化物的催化型柴油颗粒捕集器通过以聚苯乙烯微球/钙钛矿氧化物纳米粒子涂层/柴油颗粒捕集器为模板，在蜂窝孔道表面直接形成具有大孔的钙钛矿氧化物骨架层。本发明专利技术通过在蜂窝孔道表面直接形成具有大孔的钙钛矿氧化物骨架层，由此可以无需使用粘接剂从而将钙钛矿氧化物骨架层固定在蜂窝孔道内，与传统的粉体式涂敷整体催化剂相比，其表面所负载的有序大孔催化剂表现出一定的空间结构，一定程度上可以增强柴油颗粒捕集器对于碳烟颗粒物的捕获能力，促进碳烟颗粒物与表面大孔催化剂的相互接触，并且能够有效降低背压，从而提高碳烟颗粒催化燃烧活性及CO

【技术实现步骤摘要】
负载大孔钙钛矿氧化物的柴油颗粒捕集器及其应用
本专利技术属于环境保护领域，具体涉及负载大孔钙钛矿氧化物的催化型柴油颗粒捕集器及其应用，特别是涉及一种原位生长的大孔钙钛矿氧化物负载的新型催化柴油颗粒捕集器及其应用。
技术介绍
柴油发动机由于低油耗，高功率等优点被广泛应用于工业工程用车，并且其优越的燃油经济性使得目前机动车的柴油化程度不断提高。但是柴油机较低的燃烧室温度也使得柴油车尾气中不完全燃烧产物，碳烟颗粒物等大肆增加，给环境与人类健康造成了严重的危害和负担。特别是柴油车尾气中碳烟颗粒物的排放量大约为汽油车的30～80倍，造成了大气中当量直径小于等于2.5微米的颗粒物(PM2.5)含量剧增，这使得柴油发动机的使用受到极大的限制。而随着《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国VI阶段)》(国六)标准的实施临近，提高柴油车尾气的后处理净化效率迫在眉睫。目前，利用催化型柴油颗粒捕集器(Catalyticdieselparticlefilter-CDPF)是减少柴油车排放PM最有效的后处理方法。但是目前大部分的CDPF普遍采用Pt、Pd贵金属负载作为催化活性组分，且传统粉体涂覆法不仅降低了材料利用率，还会在一定程度上会堵塞DPF的孔隙，造成背压增加，影响柴油机的正常运行。另一方面，由于柴油车尾气中的碳烟颗粒物净化反应是一个气-固(颗粒物)-固(催化剂)三相复杂的深度的反应过程，因此其催化净化活性不仅与氧化催化剂内在的活性有关，同时还与催化剂与碳烟颗粒物相互接触程度有关。由此，负载催化剂孔径大小的合理设计对于颗粒物的有效深度净化直接相关。鉴于以上特点，开发出一种廉价非贵金属大孔催化剂负载的CDPF对于净化碳烟颗粒物具有极其重要的意义。专利CN105642297A公开了一种将大孔钙钛矿氧化物催化剂涂覆在堇青石表面的方法。该涂覆方法首先需要对堇青石在酸性条件进行预处理，然后涂覆铝溶胶涂层，以此为载体，利用聚甲基丙烯酸甲酯为胶体晶体模板在其表面涂覆大孔钙钛矿氧化物催化剂。但是目前还没有一种将大孔氧化物催化剂在无粘接剂涂层(如氧化铝，且铝溶胶的高温稳定性较差)的情况下有效负载在DPF上的策略。在DPF上涂覆一层有序大孔钙钛矿氧化物催化剂从而形成非贵金属大孔催化剂负载的CDPF,并将其应用于柴油车排放碳烟颗粒物的催化消除，对于提高催化剂与碳烟颗粒物的接触效率，降低整体背压，提高柴油车尾气碳烟颗粒物的净化效率，具有非常重要的实用意义与环境保护意义。鉴于上述技术问题与实际意义，旨在提供一种在无需粘接剂涂层的条件下，在DPF基底上涂敷一层有序大孔钙钛矿氧化物的柴油颗粒捕集器。该柴油颗粒捕集器不仅不含贵金属，且能够克服传统浸渍涂敷法催化剂无序形貌的缺点，提高催化剂与碳烟颗粒物的接触效率，一定程度上增强CDPF对于碳烟颗粒物的捕获能力，并且降低背压。
技术实现思路
鉴于上述所提问题，本专利技术的目的在于提供一种对碳烟颗粒物具有高效催化活性的负载大孔钙钛矿氧化物的催化型柴油颗粒捕集器。在本专利技术的另一方面，还涉及上述负载大孔钙钛矿氧化物的催化型柴油颗粒捕集器的应用。为了解决本专利技术的技术问题，拟采用如下技术方案：本专利技术一方面涉及一种负载大孔钙钛矿氧化物的柴油颗粒捕集器，所述的负载大孔钙钛矿氧化物的柴油颗粒捕集器通过包括以下步骤的制造方法制造得到：将具有蜂窝孔道的柴油颗粒捕集器依次用蒸馏水、有机溶剂超声洗涤后，经加热干燥得到干净的柴油颗粒捕集器基底；将上述洗净后的柴油颗粒捕集器基底表面负载平均厚度为1～500nm的钙钛矿氧化物纳米粒子涂层，得到具有钙钛矿氧化物纳米粒子涂层的柴油颗粒捕集器基底；将具有钙钛矿氧化物纳米粒子涂层的柴油颗粒捕集器基底以15～75°的角度倾斜放置于PS微球乳液中浸渍，得到PS微球/钙钛矿氧化物纳米粒子涂层/柴油颗粒捕集器整体胶体晶体模板；将PS微球/钙钛矿氧化物纳米粒子涂层/柴油颗粒捕集器整体胶体晶体模板在钙钛矿前驱体胶体溶液中浸渍，经加热干燥后，焙烧除去PS微球得到柴油颗粒捕集器表面生长大孔钙钛矿氧化物骨架的催化剂。本专利技术的负载大孔钙钛矿氧化物的柴油颗粒捕集器以具有蜂窝孔道的柴油颗粒捕集器为载体，在具有蜂窝孔道的柴油颗粒捕集器表面直接形成钙钛矿氧化物骨架层，所述钙钛矿氧化物骨架具有相互连通的平均孔径为1～10微米的空心孔。本专利技术的蜂窝状柴油颗粒捕集器包括但不限于堇青石柴油颗粒捕集器和/或碳化硅陶瓷柴油颗粒捕集器。在本专利技术的一个优选实施方式中，所述的钙钛矿氧化物为LaxK1-xCoO3，其中x为0.5～0.9，优选为0.7～0.9。在本专利技术的一个优选实施方式中，所述柴油颗粒捕集器的蜂窝孔道的平均直径为0.5～3mm。在本专利技术的另一个优选实施方式中，所述大孔钙钛矿氧化物的平均厚度为2～15微米，优选为3～10微米。在本专利技术的一个优选实施方式中，所述的柴油颗粒捕集器基底以一定的角度倾斜放置于PS微球乳液中浸渍时，所述的角度为15～75°，优选为30～60°，进一步优选为45°。出人意料的，本专利技术的专利技术人发现，当柴油颗粒捕集器基底以一定的角度倾斜放置时，相比于常规的垂直放置，可以抑制PS微球在蜂窝孔道内沉降，从而有助于在柴油颗粒捕集器表面形成均匀的PS微球模板。在本专利技术的一个优选实施方式中，所述的柴油颗粒捕集器基底以一定的角度倾斜放置于PS微球乳液中浸渍时，优选在柴油颗粒捕集器基底的上表面的上方通过真空泵形成负压的情况下进行自组装。相比于不采用真空泵的情况，本专利技术的优选实施方式可以加快乳液的挥发，有助于缩短制造时间，也有利于PS微球在柴油颗粒捕集器表面形成均匀的PS微球模板。在本专利技术的一个优选实施方式中，所述的柴油颗粒捕集器基底以一定的角度倾斜放置于PS微球乳液中浸渍时，在热水浴的情况下进行自组装，所述的热水浴优选为45℃以上100℃以下。通过将热水浴设定在45℃以上，可以加快乳液的挥发，有助于缩短制造时间。通过在热水浴设定在100℃以下，可以防止PS微球在高温下的损坏。在本专利技术的另一个优选实施方式中，在浸渍之前，将PS微球/La0.8K0.2CoO3纳米粒子涂层/柴油颗粒捕集器整体胶体晶体模板在110～130℃下加热3～10min。相比于未加热处理的情况，本专利技术通过加热处理模板可以提高模板的稳定性，防止PS微球的脱落。在本专利技术的另一个优选实施方式中，在PS微球/La0.8K0.2CoO3纳米粒子涂层/柴油颗粒捕集器整体胶体晶体浸渍之后，用气流将PS微球/La0.8K0.2CoO3纳米粒子涂层/柴油颗粒捕集器整体胶体晶体以及蜂窝孔道内部分的胶体溶液吹掉；优选的，在焙烧之前，PS微球/La0.8K0.2CoO3纳米粒子涂层/柴油颗粒捕集器整体胶体晶体置于50～70℃的烘箱中加热干燥30～60h。本专利技术通过采用气流处理浸渍之后PS微球/La0.8K0.2CoO3纳米粒子涂层/柴油颗粒捕集器整体胶体晶体，可以有效的防止蜂窝孔道及其表面被多余的溶胶所覆盖和堵塞，因此是优选的。本专利技术在焙烧之前进行加热处理，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载大孔钙钛矿氧化物的催化型柴油颗粒捕集器(CDPF)，所述的负载大孔钙钛矿氧化物的催化型柴油颗粒捕集器通过包括以下步骤的制造方法制造得到：/n将具有蜂窝孔道的柴油颗粒捕集器依次用蒸馏水、有机溶剂超声洗涤后，经加热干燥得到干净的柴油颗粒捕集器基底；/n将上述洗净后的柴油颗粒捕集器基底放入钙钛矿前驱体胶体溶液中浸渍，超声，吹扫后干燥；然后焙烧得到表面负载有钙钛矿氧化物纳米粒子涂层的蜂窝陶瓷基底；/n将柴油颗粒捕集器基底以15～75°的角度倾斜放置于PS微球乳液中浸渍，得到聚苯乙烯(PS)微球/钙钛矿氧化物纳米粒子涂层/柴油颗粒捕集器整体胶体晶体模板；/n将PS微球/钙钛矿氧化物纳米粒子涂层/柴油颗粒捕集器整体胶体晶体整体模板在钙钛矿前驱体胶体溶液中浸渍，经加热干燥后，焙烧除去PS微球得到柴油颗粒捕集器表面生长大孔钙钛矿氧化物骨架的催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种负载大孔钙钛矿氧化物的催化型柴油颗粒捕集器(CDPF)，所述的负载大孔钙钛矿氧化物的催化型柴油颗粒捕集器通过包括以下步骤的制造方法制造得到：
将具有蜂窝孔道的柴油颗粒捕集器依次用蒸馏水、有机溶剂超声洗涤后，经加热干燥得到干净的柴油颗粒捕集器基底；
将上述洗净后的柴油颗粒捕集器基底放入钙钛矿前驱体胶体溶液中浸渍，超声，吹扫后干燥；然后焙烧得到表面负载有钙钛矿氧化物纳米粒子涂层的蜂窝陶瓷基底；
将柴油颗粒捕集器基底以15～75°的角度倾斜放置于PS微球乳液中浸渍，得到聚苯乙烯(PS)微球/钙钛矿氧化物纳米粒子涂层/柴油颗粒捕集器整体胶体晶体模板；
将PS微球/钙钛矿氧化物纳米粒子涂层/柴油颗粒捕集器整体胶体晶体整体模板在钙钛矿前驱体胶体溶液中浸渍，经加热干燥后，焙烧除去PS微球得到柴油颗粒捕集器表面生长大孔钙钛矿氧化物骨架的催化剂。


2.根据权利要求1所述的柴油颗粒捕集器，其以具有蜂窝孔道的柴油颗粒捕集器为载体，在蜂窝孔道表面直接具有钙钛矿氧化物骨架层，所述钙钛矿氧化物骨架具有相互连通的平均孔径为1～10微米的空心孔。


3.根据权利要求1所述的柴油颗粒捕集器，所述的具有蜂窝孔道的柴油颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭彦炳，杨吉，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42