一种稳定的铈锆固溶体及其应用制造技术

本申请公开了一种铈锆固溶体及其应用，属于吸附催化剂材料领域。该铈锆固溶体包括铈锆固溶体相，所述铈锆固溶体相中的Ce

【技术实现步骤摘要】
一种稳定的铈锆固溶体及其应用
本申请涉及一种铈锆固溶体及其应用，属于吸附催化剂材料领域。
技术介绍
铈锆复合氧化物因其优异的储放氧性能及良好的老化性能被广泛应用于移动源催化领域。铈锆复合氧化物除了参与催化反应外，还具有载体的功能，对活性金属起到了支撑分散的作用。铈锆复合氧化物配方的改变对其物化性能及应用性能均有明显的影响。铈锆复合氧化物摩尔比例的改变会影响其还原温度、储氧性能及高温老化性能，从而影响移动源催化应用端的冷启动催化性能及贵金属的利用效率。但在尾气催化反应中，三效催化剂既要实现氮氧化物的还原，又要实现对未完全燃烧剩余的一氧化碳、烃类的氧化。要想使这三类污染物达到最高的转化率，燃油反应体系中的氧含量相对于燃油必须处于理论反应计量点附近。只有在理论空燃比附近，三效催化剂才能实现对氮氧化物、一氧化碳、烃类三种污染物的最大程度的转化。空燃比A/F定义：发动机消耗的空气质量/发动机消耗的燃油质量。当A/F＝14.6(λ＝1)时，燃料理论上可以完全燃烧，燃烧后排出的尾气在催化剂的作用下依靠本身剩余的氧化性物质可以实现对污染物最大程度的转化。燃油比的控制是通过传感器闭环系统自动进行控制的。但在实际行驶过程中，由于工况比较复杂，吸入的氧气相对于气缸内喷入的油气来说，有时会不足，有时会过量。当油气过量(λ＞1)时，尾气中会含有过量的烃类及一氧化碳需要催化燃烧掉，但尾气中因为缺乏氧气，导致其无法转化；当空气过量(λ＜1)时，尾气中含有过量的氧气，从而生成大量的氮氧化物，氮氧化物还原为氮气主要依靠烃类及一氧化碳，由于氧气过量，烃类及一氧化碳会在催化剂上被大量催化掉，从而难以还原氮氧化物，从而导致尾气中氮氧化物超标。铈锆固溶体中的氧化铈具有三价及四价两种价态，在一定条件下可以自由转换。尾气中空气过量时，三价铈吸收氧气储存起来，同时转化为四价铈，从而保证了氮氧化物的还原；尾气中缺乏氧气时，四价铈会释放氧气，保证烃类及一氧化碳的充分氧化。但三价铈与四价铈的相互转换是一个动态平衡的问题，三价铈转化为四价铈，原子半径减小，导致固溶体晶格收缩；四价铈转化为三价铈，原子半径增大，导致铈锆固溶体晶格膨胀；晶格的收缩及膨胀都会导致铈锆固溶体结构的不稳定，从而导致团聚或者孔道的坍塌，影响催化剂的寿命及催化活性。
技术实现思路
为了解决上述问题，提供了一种铈锆固溶体及其应用。该铈锆固溶体中的铈锆固溶体相中包含特定比例的三价铈离子和四价铈离子，该铈锆固溶体的储放氧速率高，储放氧量高，且储放氧的过程中的铈锆固溶体结构稳定；该铈锆固溶体的制备方法简单、容易控制，制得的铈锆固溶的比表面积及1100℃老化后的比表面积高，储氧量大，储氧、放氧过程的铈锆固溶体相结构稳定；铈锆固溶体作为催化剂催化氧化/还原气体的效率高、结构稳定使用寿命长，进而使用该催化剂的成本低。根据本申请的一个方面，提供了一种铈锆固溶体，该铈锆固溶体中的铈锆固溶体相中包含特定比例的三价铈离子和四价铈离子，既能保证储放氧速率，又能实现对铈锆固溶体储放氧数量，又能保证铈锆固溶体结构的稳定性。该铈锆固溶体包括铈锆固溶体相，所述铈锆固溶体相包含三价铈离子和四价铈离子，所述Ce3+/Ce4+摩尔比为0.05-0.8:1。可选地，所述Ce3+/Ce4+摩尔比为0.1-0.5:1。进一步地，Ce3+/Ce4+摩尔比的范围下限选自0.15:1、0.2:1、0.25:1、0.3:1、0.35:1、0.4:1或0.45:1，上限选自0.15:1、0.2:1、0.25:1、0.3:1、0.35:1、0.4:1或0.45:1。进一步地，所述Ce3+/Ce4+摩尔比为0.15-0.5:1。更进一步地，所述Ce3+/Ce4+摩尔比为0.16-0.5:1。可选地，所述铈锆固溶体包括重量比为20-50:20-80:2-20的铈的氧化物、ZrO2、第一金属M元素氧化物；所述第一金属M元素选自除铈外的稀土元素、过渡金属元素和碱土金属元素中的至少一种。优选地，所述第一金属M元素选自镧、钇、镨、钕和钐中的至少一种。进一步地，所述铈锆固溶体相包括重量比为30-50:40-60:3-7:3-7的CeO2、ZrO2、La2O3和Y2O3。作为一种实施方式，所述铈锆固溶体相的重量组成包括40％CeO2、50％ZrO2、5％La2O3、5％Y2O3。可选地，所述铈锆固溶体还包括第二稀土元素氧化物，所述铈的氧化物与第二稀土元素氧化物的重量比为20-50：2-5；所述第二稀土元素选自钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钪中的至少一种。所述第二稀土元素选自除铈外的稀土元素、过渡金属元素和碱土金属元素中的至少一种。可选地，所述铈锆固溶体包括重量比为25-45:30-70:3-15:2-4的铈的氧化物、ZrO2、第一金属M元素氧化物和第二稀土元素氧化物。进一步地，所述铈锆固溶体相包括重量比为10-30:50-75:1-5:4.5-17的CeO2、ZrO2、La2O3和Pr6O11。作为一种实施方式，所述铈锆固溶体的重量组成包括20％CeO2、73％ZrO2、2％La2O3和5％Pr6O11。可选地，所述铈锆固溶体经过750℃热处理4h后，储氧量不低于540μmol[O]/g；和/或所述铈锆固溶体在1100℃处理4h的比表面积不低于30m2/g。优选地，所述铈锆固溶体经过750℃热处理4h后，储氧量大于600μmol[O]/g；和/或所述铈锆固溶体在1100℃处理4h的比表面积大于35m2/g。根据本申请的另一个方面，提供了一种铈锆固溶体的制备方法，该铈锆固溶体的制备方法简单、容易控制，制得的铈锆固溶体的比表面积及1100℃老化后的比表面积高，储氧量大，储氧、放氧过程的铈锆固溶体相结构稳定。该铈锆固溶体的制备方法包括下述步骤：1)混料：配制包含三价铈离子和锆离子的水溶液的初混物；2)氧化反应：根据需要的三价铈离子和四价铈离子量向酸性的初混物中加入过氧化氢，加入沉淀剂调节溶液的pH为10-11，制得前驱体溶液；3)第一水热反应：将前驱体溶液进行第一水热反应后，在非活性气体中焙烧，即制得所述的铈锆固溶体。所述M元素选自除铈外的稀土元素、过渡金属元素和碱土金属元素中的至少一种。可选地，所述沉淀剂选自氨水、氢氧化钠、胺类和尿素中的至少一种。优选地，所述沉淀剂选自氨水或尿素。优选地，所述沉淀剂为氨水。可选地，所述配制初混物的原料中的三价铈离子、四价锆离子和M离子来自于硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐、醋酸盐、草酸盐、氯化物和碳酸盐中的至少一种。优选地，所述配制初混物的原料中的三价铈离子、四价锆离子来自于硝酸铈和硝酸氧锆。优选地，所述步骤1)混料包括步骤：配制包含三价铈离子、四价锆离子和M离子的水溶液的初混物。优选地，所述步骤2)氧化反应包括下述步骤：①向初混物中加入碱性沉淀剂至溶液pH为1.0-2.5；根据需要的三价铈离子和四价铈离子量向初混物中加入30％的过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铈锆固溶体，其特征在于，所述铈锆固溶体包括铈锆固溶体相，所述铈锆固溶体相包含三价铈离子和四价铈离子，所述三价铈离子和四价铈离子的摩尔比为0.05-0.8:1。/n

【技术特征摘要】
1.一种铈锆固溶体，其特征在于，所述铈锆固溶体包括铈锆固溶体相，所述铈锆固溶体相包含三价铈离子和四价铈离子，所述三价铈离子和四价铈离子的摩尔比为0.05-0.8:1。


2.根据权利要求1所述的铈锆固溶体，其特征在于，所述三价铈离子和四价铈离子的摩尔比为0.1-0.5:1。


3.根据权利要求1所述的铈锆固溶体，其特征在于，所述铈锆固溶体包括重量比为20-50:20-80:2-20的铈的氧化物、ZrO2、第一金属M元素氧化物；
所述第一金属M元素选自除铈外的稀土元素、过渡金属元素和碱土金属元素中的至少一种。


4.根据权利要求3所述的铈锆固溶体，其特征在于，所述第一金属M元素选自镧、钇、镨、钕和钐中的至少一种。


5.根据权利要求3所述的铈锆固溶体，其特征在于，所述铈锆固溶体还包括第二稀土元素氧化物，所述铈的氧化物与第二稀土元素氧化物的重量比为20-50：2-5；
所述第二稀土元素选自钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和钪中的至少一种。


6.根据权利要求3所述的铈锆固溶体，其特征在于，所述铈锆固溶体包括重量比为25-45:30-70:3-15:2-4的铈的氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋锡滨，刘洪升，邢晶，焦英训，
申请(专利权)人：山东国瓷功能材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37