一种网状结构涂层催化过滤器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种网状结构涂层催化过滤器及其制备方法。为棒状材料堆积形成具有网状结构的催化剂涂层，组分包括：稀土铈、镧系元素制成的第一组分，过渡金属银制成的第二组分，贵金属铂、钯制成的第三组分，质量百分比是80～99：1～20：0.1～0.5；采用络合沉淀一步涂覆法将涂层涂覆于颗粒过滤器孔道内。本发明专利技术制备的网状结构涂层催化过滤器由棒状铈材料或复合铈基材料随机排列组成，该颗粒捕集器具有高催化性能，尤其是在柴油车正常运行工况温度下的催化性能，能降低捕集器在使用过程中碳烟累积速率，延长主动再生周期，节约发动机运行油耗；还同时能起到降低背压和增强捕集效率的作用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种网状结构涂层催化过滤器及其制备方法


[0001]本专利技术属于内燃机尾气处理
，特别涉及一种具有特殊网状结构形貌涂层过滤器以及其制备方法和在柴油尾气净化领域应用。

技术介绍

[0002]柴油机具有很好的燃油经济性和耐久可靠性，但同时其污染物排放也显著高于其他燃料的内燃机，据生态环境部统计柴油车NOx排放量超过汽车排放总量的80％，颗粒物(PN)排放量超过90％。柴油机微粒过滤器(DPF)作为解决柴油机尾气颗粒排放的关键技术已应用多年，是解决柴油车颗粒物污染的最有效手段之一。由于颗粒物在过滤器上的积累，过滤器可能被堵塞，过滤器的压降会提高，因此过滤器必须周期性再生去除捕集的碳烟颗粒。
[0003]碳颗粒物的起燃温度通常为约600℃。柴油机废气的温度通常低于450℃，因此需要额外提供能量将尾气温度提升至600℃进行主动再生，该过程以牺牲燃料效率来达到的。在DPF载体上涂覆催化涂层提高碳烟反应速率，尤其是在小于450℃时的碳烟反应速率，能显著降低主动再生频率，提升燃油经济性。表面涂覆催化剂的柴油颗粒过滤器影响催化性能的关键因素包括催化剂本身的氧化还原特性、催化剂与碳烟的接触能力、催化剂的稳定性等。目前公开专利大多数通过提高PGM(PLATINUM GROUP METAL，铂族金属)族成分含量或者通过分段分层涂覆的方式来提升反应速率，但PGM成本高和分段分层制备工艺复杂。除此之外，捕集效率和排气背压也是评价柴油过滤器性能的一大因素，捕集效率和排气背压通常是此消彼长的关系，在DPF表面涂覆催化剂后能提高捕集效率但也会一定程度提升排气背压，过高的排气背压会影响燃油经济性与发动机性能。目前的碳烟催化剂多为粉末状或者颗粒状，这类催化剂虽然比表面积高，但涂覆在过滤器表面后催化剂颗粒会进入过滤壁内堵塞气体通道，导致显著增加排气背压。同时碳烟累积在过滤器表面容易形成碳烟饼层，碳烟饼层的会大幅减少与颗粒催化剂的接触面积，使得催化剂的高比表面积特性并不能充分利用，极大的降低了催化效率，导致实际应用价值降低，而且由于颗粒催化剂比表面积高，通常容易导致高温团聚，抗老化性能较差。
[0004]例如中国申请CN106807396 A中公开了一种含有过渡金属元素Mn单分散微米球状碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用，该催化剂为单分散微米球状颗粒过渡金属氧化物型催化剂，该单分散微米球状颗粒粒径分布为200～1000nm，由于较小的颗粒尺寸，当其在载体孔道表面形成涂层后会显著增加排气背压，不利于发动机的运行。
[0005]中国申请CN110013849 A专利技术提供一种原位络合燃烧法制备银掺杂改性锰基莫来石催化剂，Ag纳米颗粒尺寸粒径在2
‑
4nm，由于颗粒小，极易团聚导致催化活性降低。
[0006]中国申请CN102762827 A公布了一种了包含两个涂层一种柴油颗粒过滤器，该过滤器涂覆方法过于复杂，需要两次涂覆不利于工业应用。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种网状结构涂层催化过滤器及其制备方法，该网状结构涂层由棒状铈材料或复合铈基材料随机排列组成，该颗粒捕集器具有高催化性能，尤其是在柴油车正常运行工况温度下的催化性能，能降低捕集器在使用过程中碳烟累积速率，延长主动再生周期，节约发动机运行油耗。该颗粒捕集器还同时能起到降低背压和增强捕集效率的作用。
[0008]本专利技术采用一步制浆法将所需稀土氧化物前驱体材料和活性组分一起溶解于浆料中，然后将DPF载体浸渍于浆料中，真空抽涂、干燥、焙烧得到该柴油颗粒捕集器。
[0009]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0010]本专利技术首先公开了一种具有网状结构催化涂层的颗粒捕集器，颗粒捕集器包括蜂窝陶瓷载体和分布于载体表面和孔道的涂层组成，涂层为棒状材料堆积形成具有网状结构的催化剂涂层；
[0011]所述涂层组分如下：
[0012]a)稀土铈、镧系元素制成的第一组分；
[0013]b)过渡金属银制成的第二组分；
[0014]c)贵金属铂、钯制成的第三组分；
[0015]其中第一组分、第二组分和第三组分焙烧后呈氧化物形态；以各组分金属氧化物质量计，第一组分：第二组分：第三组分质量百分比是80～99：1～20：0.1～0.5。
[0016]上述第一组分采用铈基复合氧化物时，第一组分铈重量范围大于80wt％。
[0017]本专利技术制备的催化剂涂层其棒状材料堆积形成网状结构的棒状材料长度为3～25um，直径100～500nm，比表面积为5～20m2/g。
[0018]本专利技术还公开了上述具有网状结构催化涂层的颗粒捕集器的制备方法，具体包括以下步骤：
[0019]1)第一组分采用水溶性盐制备，将水溶性盐、络合剂、离子缓冲剂按比例溶于水中形成水溶液；水溶性盐为铈、镧硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐或氯化物中的至少一种，水溶性盐中金属离子浓度为0.01～1mol/L；
[0020]2)将步骤1)制备的溶液加热至60～95℃络合，陈化4～24h，使第一组分在后续焙烧中形成棒状结构；
[0021]3)第二组分、第三组分采用水溶性盐制备，将水溶性盐、保护剂、还原剂按质量比例溶于步骤2)陈化得到的溶液中，再陈化1～2h形成浆料；
[0022]4)将颗粒捕集器载体浸渍于步骤3)制备的浆料中，浸渍后将载体550℃～800℃下焙烧3～10h，制成颗粒捕集器。
[0023]所述步骤1)中第一组分制备的络合剂为EDTA、乙酰丙酮、酒石酸、柠檬酸、柠檬酸钾、草酸、磺基水杨酸、三乙醇胺、GTA、乙二胺四丙酸、三乙撑四胺中一种或多种混合物，络合剂浓度为0.1～1mol/L；离子缓冲剂为氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、氢氧化钡、硝酸钾、硝酸钠、碳酸钾、碳酸钡中一种或多种混合物，离子缓冲剂用量调节混合液pH在1～4之间。
[0024]所述步骤2)中水溶性盐为银、钾、铂、钯硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐或氯化物中的至少一种；保护剂为PVP、PEG、羧甲基纤维素、淀粉中一种或多种混合物；还原剂为甲醛、甲酸和蔗糖、葡萄糖、抗坏血酸、LiAlH4、NaBH4中一种或多种混合物。
[0025]所述步骤4)中催化剂涂层负载量为5～40g/L，其中催化剂涂层组合物的负载量以各元素氧化物计。
[0026]本专利技术提供一种具有网状结构涂层催化型柴油颗粒捕集器，能够克服传统浸渍涂敷法催化剂无序形貌和球形颗粒形貌的缺点，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。
[0027]本专利技术颗粒捕集器显著优点之一是通过络合剂、离子缓冲剂加入使第一组分络合，调节络合离子排列状态，最终形貌为棒状结构，该结构涂覆在载体形成筛网结构，该筛网结构涂层会增加碳烟接触同时减少碳烟饼层的生成，从而显著提升碳烟的催化反应性能。
[0028]本专利技术颗粒捕集器显著优点之二是由于筛网结构既不会导致载体过滤壁孔道堵塞，同时还具有增加颗粒与其碰撞捕集的几率，因此具有同时降低背压和增强捕本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有网状结构催化涂层的颗粒捕集器，颗粒捕集器包括蜂窝陶瓷载体和分布于载体表面和孔道的涂层组成，其特征在于：涂层为棒状材料堆积形成具有网状结构的催化剂涂层；所述涂层组分如下：a)稀土铈、镧系元素制成的第一组分：b)过渡金属银制成的第二组分；c)贵金属铂、钯制成的第三组分；其中第一组分、第二组分和第三组分焙烧后呈氧化物形态；以各组分金属氧化物质量计，第一组分：第二组分：第三组分质量百分比是80～99：1～20：0.1～0.5。2.根据权利要求1所述的具有网状结构催化涂层的颗粒捕集器，其特征在于：第一组分为铈基复合氧化物，第一组分铈重量范围大于80wt％。3.根据权利要求1所述的具有网状结构催化涂层的颗粒捕集器，其特征在于：棒状材料堆积形成网状结构的棒状材料长度为3～25um，直径100～500nm，比表面积为5～20m2/g。4.一种具有网状结构催化涂层的颗粒捕集器制备方法，其特征在于：颗粒捕集器由权利要求1或2或3所述蜂窝陶瓷载体和分布于载体表面和孔道的涂层由以下方法制成；具体包括以下步骤：1)第一组分采用水溶性盐制备，将水溶性盐、络合剂、离子缓冲剂按比例溶于水中形成水溶液；水溶性盐为铈、镧硝酸盐、碳酸盐、醋酸盐或氯化物中的至少一种，水溶性盐中金属离子浓度为0.01～1mol/L；2)将步骤1)制备的溶液加热至60～95℃络合，陈化4～24h，使第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲜建，魏宽，刘志敏，冯锡，陈瑜元，罗甜甜，杜洪忠，唐红，葛君洲，
申请(专利权)人：中自环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：