一种低温去除柴油车碳烟颗粒的催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低温去除柴油车碳烟颗粒的催化剂及其制备方法。通过简单的水热反应制备了结构化铈钴氧化物前驱体，浸渍硝酸银后煅烧，成功将银物种锚定在结构化铈钴氧化物表面，成功制备了用于低温去除柴油车碳烟颗粒的催化剂。基于结构化铈钴氧化物增强的比表面积、更多活性位点、特有的氧空缺结构，与表面的银物种产生了协同作用，增强了碳烟颗粒在表面的反应，能将碳烟颗粒的燃烧温度降至325℃；且该催化剂在与碳烟颗粒的松散接触状态和无氮氧化物存在条件下，对碳烟颗粒都具有高催化活性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种低温去除柴油车碳烟颗粒的催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于催化燃烧的
，具体涉及一种低温去除柴油车碳烟颗粒的催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]柴油车具有高效的热利用率、成本较低、发动机马力强劲、二氧化碳排放低、适用范围广等优点，在原油出产日益枯竭，二氧化碳排放要求逐渐严格的当前情势下受到了广泛关注，柴油化是国家节能减排治理政策下汽车的趋势方向之一，但柴油车排放物也给大气环境的治理和我国居民的身体健康带来了不利的影响。柴油车排放的尾气中污染物的成分十分复杂，有碳烟颗粒、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物等。其中，碳烟颗粒是危害最大、最难消除的污染物，其粒度范围为0.05～1μm。柴油车尾气中碳烟颗粒由于粒子直径较小，特别是粒子直径小于2.5μm以下的小颗粒物不易被鼻腔绒毛阻挡，被吸入肺部后会直接进入支气管，影响着肺部的气体交换，引发一系列呼吸道和心血管疾病。同时，碳烟颗粒也是引起雾霾的重要因素。
[0003]当前，大气污染防治工作引起很多国家的重视，我国也开始着力于治理大气污染。为满足日益严格的法规要求，解决柴油车排放的碳烟颗粒污染的方法主要有三种：一是对使用的燃料进行改善或是使用新型的环境友好型替代燃料；二是对柴油车的发动机进行改进；三是对排放后处理系统进行改进，加装尾气净化系统。基于技术和经济的考虑，一般认为第三种方法最为有效。在实际的尾气后处理技术中，固体颗粒捕集器与催化剂相结合的技术是目前研究的重点，其中研制性能优越的催化剂是核心。
[0004]CN 107159231A公开了一种低温消除柴油车碳烟颗粒单晶负载型催化剂的制备方法，由单晶α相三氧化二锰立方体浸渍金属盐溶液中制备而成，该催化剂成本低廉、制备方法简单、便于工业化、催化活性高，能很好的降低柴油车碳烟颗粒的燃烧温度。CN 103212414 A公开了一种降低碳烟颗粒燃烧温度的负载型银催化剂的制备方法，催化剂包括活性组分和载体，活性组分为银，载体为二氧化铈或铈基复合氧化物，银的负载量为载体质量的1％～20％，该催化剂在碳烟颗粒燃烧中具有良好的氧化活性，能将碳烟颗粒燃烧一半时的温度从642℃降低到400℃左右，达到柴油机运行温度范围内。CN 106824161 A公开了一种微米片状碳烟燃烧催化剂的制备方法，通过将含有铈源或者镧源的溶液与碱性溶液混合，低温沉淀，煅烧不溶物制备而成，该催化剂具有微米片状形貌的稀土金属氧化物型催化剂，其结晶良好且不含任何贵金属，呈现微米片状形貌，可与碳颗粒高效接触，使其催化氧化活性优异，在固体污染物的燃烧降解方面有潜在应用前景。
[0005]现有技术中常见的用于碳烟颗粒氧化的催化剂，如：CeO2基化合物、钙钛矿型氧化物、贵金属基催化剂等，因为缺乏孔隙结构而不利于活性位点与碳颗粒的接触、贵金属的高成本和易中毒性，导致催化剂活性不高、容易失去活性，这些因素限制了碳烟颗粒氧化的催化剂的工业化应用。

技术实现思路

[0006]鉴于现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供一种低温去除柴油车碳烟颗粒的催化剂及其制备方法。该催化剂在松散接触下对碳烟颗粒的催化氧化有很好的效果，能将碳烟颗粒有效转化为二氧化碳，并能显著降低碳烟颗粒的热氧化的温度。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种低温去除柴油车碳烟颗粒的催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：将可溶性金属盐、乙醇水溶液在搅拌速率300～500r/min下搅拌，形成溶液Ⅰ；用碱性水溶液将溶液Ⅰ的pH调节至9.0～11.0，调节pH后继续搅拌0.5～2h得到溶液Ⅱ；将溶液Ⅱ在160～180℃下水热反应6～15h，自然冷却至25～30℃，将不溶物过滤，用乙醇和水各洗三次，在80～120℃下干燥6～12h，得到固体粉末；
[0009]步骤2：将步骤1获得的固体粉末分散在水中，在超声功率为50～200W，频率20～130kHz，温度20～40℃，超声20～60min，形成悬浊液a；将硝酸银加入到以搅拌速率300～500r/min搅拌的悬浊液a中，反应0.5～2h得到悬浊液b，停止搅拌，将悬浊液b转移至90～120℃保持12～18h蒸干悬浊液b的水分，收集固体物质，将固体物质在400～600℃下煅烧2～5h；煅烧后的固体物质粉碎过300～500目筛网，收集筛网下的粉末，即为消除柴油车碳烟颗粒的催化剂。
[0010]优选的，步骤1中的可溶性金属盐、乙醇水溶液的质量比为1：(30～50)。
[0011]所述的可溶性金属盐为可溶性钴盐或可溶性铈盐；所述可溶性钴盐为六水合硝酸钴(Ⅱ)、四水合乙酸钴(Ⅱ)、六水合氯化钴(Ⅱ)中的一种；所述可溶性铈盐为六水合硝酸铈(Ⅲ)、七水合氯化铈(Ⅲ)中的一种。
[0012]所述的乙醇水溶液的质量分数为60～80％。
[0013]所述的碱性水溶液为1～3mol/L的氨水水溶液、氢氧化钠水溶液、碳酸氢钠水溶液、碳酸钠水溶液中的一种。
[0014]单一的金属氧化物催化剂对碳烟颗粒物的催化氧化性能主要受金属氧化物的氧化还原能力、表面活性物种的流动性以及与碳烟颗粒的接触的影响。一般条件，单一的金属氧化物催化剂对碳烟颗粒的催化燃烧性能提升不明显，需要达到500℃以上才能将碳烟颗粒有效燃烧，催化燃烧形成二氧化碳的选择性也不理想。复合金属氧化物催化剂，是将两种或两种以上的金属元素复合而成的催化剂，其对碳烟颗粒物的催化氧化性能主要受金属氧化物自身催化活性以及不同组分间的协同催化作用相关。许多研究已显示，复合金属氧化物受益于单组份金属氧化物间晶相变化、结构中增强的氧物种储存和组分间的协同作用，可以显著提高催化剂的催化燃烧性能。
[0015]更优选的，步骤1中可溶性金属盐中可溶性钴盐和可溶性铈盐的质量比为1：(3～5)。
[0016]优选的，步骤2中所述的固体粉末与水的质量比为(0.02～0.05)：1；加入硝酸银与固体粉末的质量比为(1：10)～(1：30)。
[0017]金属氧化物的催化性能很大程度上取决于其结构。水热或溶剂热制备金属氧化物过程中，在前驱体溶液中结构调节物质可以制备各种形貌的金属氧化物。表面活性剂是最常使用的结构调节物质。然而，表面活性剂难以除去，一些特定功能的表面活性剂价格昂贵。低分子糖在水热或溶剂热的温度和压力下，会发生聚合反应生成寡聚体，这样的寡聚体
对液相环境中的金属离子有结构调控作用。因此，在金属前驱体溶液中加入糖，在一定的反应条件下可以对形成的金属氧化的结构起到调控作用。
[0018]一些低分子含氮物质在液相环境中对金属离子的配位性较强，能调控早期形成的金属氧化物前体的晶核生长速率和方向，也能对金属氧化的结构起到调控作用。
[0019]进一步优选的，所述的低温去除柴油车碳烟颗粒的催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0020]步骤1：将可溶性钴盐、可溶性铈盐、糖、乙醇水溶液在搅拌速率300～500r/min下搅拌，形成溶液Ⅰ；用碱性水溶液将溶液Ⅰ的pH调节至9.0～11.0，调节pH后加入含氮物质，继续本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温去除柴油车碳烟颗粒的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将可溶性金属盐、乙醇水溶液在搅拌速率300～500r/min下搅拌，形成溶液Ⅰ；用碱性水溶液将溶液Ⅰ的pH调节至9.0～11.0，调节pH后继续搅拌0.5～2h得到溶液Ⅱ；将溶液Ⅱ在160～180℃下水热反应6～15h，自然冷却至25～30℃，将不溶物过滤，用乙醇和水各洗三次，在80～120℃下干燥6～12h，得到固体粉末。步骤2：将步骤1获得的固体粉末分散在水中，在超声功率为50～200W，频率20～130kHz，温度20～40℃，超声20～60min，形成悬浊液a；将硝酸银加入到以搅拌速率300～500r/min搅拌的悬浊液a中，反应0.5～2h得到悬浊液b，停止搅拌，将悬浊液b转移至90～120℃保持12～18h蒸干悬浊液b的水分，收集固体物质，将固体物质在400～600℃下煅烧2～5h；煅烧后的固体物质粉碎过300～500目筛网，收集筛网下的粉末，即为所述消除柴油车碳烟颗粒的催化剂；所述的可溶性金属盐为可溶性钴盐或可溶性铈盐中的一种。2.一种低温去除柴油车碳烟颗粒的催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将可溶性钴盐、可溶性铈盐、糖、乙醇水溶液在搅拌速率300～500r/min下搅拌，形成溶液Ⅰ；用碱性水溶液将溶液Ⅰ的pH调节至9.0～11.0，随后加入含氮物质，继续搅拌0.5～2h得到溶液Ⅱ；将溶液Ⅱ在160～180℃下水热反应6～15h，自然冷却至25～30℃，将不溶物过滤，用乙醇和水各洗三次，在80～120℃下干燥6～12h，得到固体粉末；步骤2：将步骤1获得的固体粉末分散在水中，在超声功率为50～200W，频率20～130kHz，温度20～40℃，超声20～60min，形成悬浊液a；将硝酸银加入到以搅拌速率300～500r/min搅拌的悬浊液a中，反应0.5～2h得到悬浊液b，停止搅拌，将悬浊液b在90...

【专利技术属性】
技术研发人员：白光宇，
申请(专利权)人：上海净舒汽车技术服务中心，
类型：发明
国别省市：