一种镧铁钙钛矿催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及催化剂制备技术领域，具体涉及一种镧铁钙钛矿催化剂及其制备方法和应用。该催化剂中含有铁元素和镧元素；以所述催化剂的总重量为基准，所述铁元素含量为14

【技术实现步骤摘要】
一种镧铁钙钛矿催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及催化剂制备
，具体涉及一种镧铁钙钛矿催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]柴油车被广泛使用，这是由于其具有高效耐久的动力来源、良好的经济效益和低的CO2排放量等优良特点。但是，柴油车尾气中排放的炭烟颗粒物是大气中细颗粒物(PM2.5)的主要组成成分，不仅对大气造成严重的污染，也对人们的生产生活和身心健康造成危害。因此，降低机动车尾气污染物的排放，尤其是柴油车尾气的排放，是服务蓝天保卫战和大气污染防治攻坚战的首要任务，开展对尾气净化的研究具有重要的环境保护意义。
[0003]在尾气净化的策略中，催化后处理被广泛认为最有效的净化方法。其中，催化炭烟净化是一种发生非均相氧化反应的净化过程，发生在炭烟(固)
‑
催化剂(固)
‑
反应气(NO和O2)三相的接触界面上，因此，催化剂与炭烟、催化剂与反应气之间的有效接触至关重要。
[0004]近年来，大量催化剂材料被用于催化炭烟转化反应的研究中，如：过渡金属氧化物、碱金属氧化物、钙钛矿型氧化物和负载贵金属的氧化物等。钙钛矿型氧化物(ABO3)具有优异的催化炭烟转化反应的性能，受到研究者的广泛关注。其中，阳离子A可以是镧系元素、碱金属或碱土金属阳离子，阳离子B主要是过渡金属元素，且金属阳离子B的氧化/还原特性，是钙钛矿催化剂具有催化活性的主要因素。
[0005]然而，以钙钛矿型氧化物为催化剂催化炭烟氧化的过程尚未被充分研究，这是由于传统的钙钛矿型氧化物催化剂通常暴露多个晶面，使得反应机理较为复杂。单晶的镧铁钙钛矿能暴露特定的表面原子，可以用于优化催化剂的性能，同时也为研究反应机理提供平台。
[0006]CN107626319A提供了一种花状铁酸镧光催化剂的制备方法，该制备方法先将摩尔比为1：1的硝酸镧和硝酸铁加入到乙醇溶液中，并将溶液转移至水热反应釜中于160
‑
180℃反应8
‑
12h，洗涤干燥后研磨；然后在氮气气氛下以1
‑
3℃/min的升温速率升温至700
‑
900℃煅烧2
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4h制得由层状结构的铁酸镧组装成的具有花状结构且粒径为5
‑
10μm的铁酸镧光催化剂。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了解决现有技术在催化剂催化炭烟燃烧中存在的催化剂活性低和不稳定的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种镧铁钙钛矿催化剂，该镧铁钙钛矿催化剂中含有铁元素和镧元素；
[0009]以所述催化剂的总质量为基准，所述铁元素含量为14
‑
20wt％，所述镧元素含量为76
‑
80wt％；
[0010]单个所述镧铁钙钛矿催化剂呈正方体状，所述镧铁钙钛矿催化剂的边长的平均长
度为90
‑
160nm；
[0011]所述镧铁钙钛矿催化剂的比表面积为70
‑
100m2/g，平均粒径为10
‑
30nm；
[0012]所述镧铁钙钛矿催化剂的孔隙的平均孔径为1
‑
10nm，所述孔隙的平均孔体积为0.1
‑
0.6cm3/g。
[0013]本专利技术的第二方面提供一种制备第一方面所述镧铁钙钛矿催化剂的方法，该方法包括以下步骤：
[0014]S1：在溶剂存在下，将镧源、铁源与乙二醇进行第一反应，得到预备液；以镧元素计的所述镧源、以铁元素计的所述铁源、乙二醇的用量摩尔比为1：1：0.5
‑
4；
[0015]S2：将所述预备液置于反应釜中进行水热反应，得到前驱体；所述水热反应的条件至少满足：温度为100
‑
180℃，时间为12
‑
48h；
[0016]S3：将所述前驱体进行焙烧处理，得到镧铁钙钛矿催化剂；所述焙烧处理的条件至少满足：温度为400
‑
600℃，时间为3
‑
7h，升温速率为1
‑
5℃/min。
[0017]本专利技术的第三方面提供本专利技术第二方面所述的方法制备得到的镧铁钙钛矿催化剂。
[0018]本专利技术的第四方面提供第三方面所述的镧铁钙钛矿催化剂在催化炭烟燃烧反应中的应用。
[0019]本专利技术提供的镧铁钙钛矿催化剂是由铁酸镧沿一定方向组装成的正方体状结构，并且，该催化剂具有合适的比表面积、孔隙孔径、孔隙体积和平均粒径，从而赋予其高催化炭烟燃烧反应活性和高稳定性的特性。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例1所得镧铁钙钛矿催化剂被重复用于催化炭烟颗粒物转化5次得到的催化炭烟颗粒物转化活性测试结果图；
[0021]图2是本专利技术实施例1所得镧铁钙钛矿催化剂催化炭烟颗粒物转化前和被重复用于催化炭烟颗粒物转化5次后的X射线衍射分析图；
[0022]图3是本专利技术实施例1所得镧铁钙钛矿催化剂催化炭烟颗粒物转化前和被重复用于催化炭烟颗粒物转化5次后的SEM扫描电子显微镜图；
[0023]图4是本专利技术实施例1所得镧铁钙钛矿催化剂的SEM扫描电子显微镜图；
[0024]图5是本专利技术实施例1所得镧铁钙钛矿催化剂的X射线衍射分析图；
[0025]图6是本专利技术实施例1所得镧铁钙钛矿催化剂的EDS能谱分析图；
[0026]图7是不添加催化剂的炭烟颗粒物转化和本专利技术实施例1所得镧铁钙钛矿催化剂催化碳烟颗粒物转化的活性测试图。
具体实施方式
[0027]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0028]在本专利技术中，在未作相反说明的情况下，使用的术语如“平均粒径”为通过谢乐公
式计算得到，其中“D为晶粒垂直于晶面方向的平均厚度(即为本专利技术所述平均粒径)、β为实测样品衍射峰半峰高宽度或者积分宽度、θ为布拉格衍射角(2θ＝32.222)、Υ为K为0.943。
[0029]如前所述，本专利技术的第一方面提供了一种镧铁钙钛矿催化剂，该镧铁钙钛矿催化剂中含有铁元素和镧元素；
[0030]以所述催化剂的总质量为基准，所述铁元素含量为14
‑
20wt％，所述镧元素含量为76
‑
80wt％；
[0031]单个所述镧铁钙钛矿催化剂呈正方体状，所述镧铁钙钛矿催化剂的边长的平均长度为90
‑
160nm；
[0032]所述镧铁钙钛矿催化剂的比表面积为70
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100m2/g，平均粒径为10
‑
30nm；
[0033]所述镧铁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镧铁钙钛矿催化剂，其中，该镧铁钙钛矿催化剂中含有铁元素和镧元素；以所述催化剂的总质量为基准，所述铁元素含量为14
‑
20wt％，所述镧元素含量为76
‑
80wt％；单个所述镧铁钙钛矿催化剂呈正方体状，所述镧铁钙钛矿催化剂的边长的平均长度为90
‑
160nm；所述镧铁钙钛矿催化剂的比表面积为70
‑
100m2/g，平均粒径为10
‑
30nm；所述镧铁钙钛矿催化剂的孔隙的平均孔径为1
‑
10nm，所述孔隙的平均孔体积为0.1
‑
0.6cm3/g。2.根据权利要求1所述的镧铁钙钛矿催化剂，其中，以所述催化剂的总质量为基准，所述铁元素含量为18
‑
20wt％，所述镧元素含量为78
‑
80wt％；和/或，所述镧铁钙钛矿催化剂的边长的平均长度为100
‑
150nm；和/或，所述镧铁钙钛矿催化剂的比表面积为90
‑
100m2/g，平均粒径为26
‑
30nm；和/或，所述孔隙的平均孔径为8
‑
10nm，所述孔隙的平均孔体积为0.5
‑
0.6cm3/g。3.一种制备权利要求1或2所述镧铁钙钛矿催化剂的方法，其中，该方法包括以下步骤：S1：在溶剂存在下，将镧源、铁源与乙二醇进行第一反应，得到预备液；以镧元素计的所述镧源、以铁元素计的所述铁源、乙二醇的用量摩尔比为1：1：0.5
‑
4；S2：将所述预备液置于反应器中进行水热反应，得到前驱体；所述水热反应的条件至少满足：温度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦岳长，李远锋，熊靖，张鹏，陈凯炫，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：