大孔氧化物担载核壳结构纳米颗粒的催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种大孔氧化物担载核壳结构纳米颗粒的催化剂及其制备方法。该大孔氧化物担载核壳结构纳米颗粒的催化剂是以具有三维有序大孔结构的简单氧化物作为载体担载核壳结构纳米颗粒得到的，核壳结构纳米颗粒的核心为贵金属，核壳结构纳米颗粒的壳层材料为稀土元素或过渡金属元素中的一种或几种的组合，简单氧化物为具有催化惰性的氧化物，载体中大孔的平均孔径为50nm-1μm。本发明专利技术还提供了上述催化剂的制备方法。本发明专利技术制备的以具有三维有序大孔结构的简单氧化物担载贵金属(核)-稀土元素或过渡金属元素(壳)活性组分得到的氧化催化剂比相应的常规催化剂、纳米颗粒催化剂和三维有序大孔氧化物催化剂具有更好的催化活性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于柴油车排放炭烟颗粒物燃烧用氧化催化剂

技术介绍
提高柴油车尾气排放的碳烟颗粒物(PM)净化用催化剂的活性，降低碳烟颗粒物的燃烧温度，从而使碳烟颗粒物捕集器能够长时间连续工作，是减少柴油机排放碳烟颗粒物最直接的方法。由于碳烟的消除反应是一个气-固(碳烟)_固(催化剂)三相复杂的深度氧化反应过程，催化剂活性的提高不仅与氧化物催化剂本身的氧化还原性能密切相关，同时还与固体催化剂和PM的接触程度密切相关。同一活性组分的催化剂，与碳烟的接触能力越高，活性越好。但是，由于碳烟颗粒物的粒度较大(单个碳烟粒子的直径大于25nm)，很难进入催化剂或载体微孔内进行反应，即使是超大介孔分子筛(最大孔径约20nm)，碳烟颗粒物的扩散也有一定的阻力，碳烟颗粒物只能和催化剂的外表面接触，从而使活性表面积的利用率大大降低。因此制备大孔催化剂对于柴油碳烟燃烧具有重要意义。具有固定结构的复合金属氧化物具有灵活的可“化学剪裁”的设计特点和独特的物理性质(如铁磁性、铁电性、超导性、热导性、吸附性等)，此类催化剂对于炭烟的燃烧也具有较高的催化活性。中国专利申请CN1743067A中公开了几种可以用于催化柴油机尾气中碳颗粒的燃烧的钙钛矿和类钙钛矿系列纳米超细微粒催化剂，采用此类催化剂可以使碳颗粒燃烧温度明显降低，使之达到柴油车尾气净化所要求的温度范围。尽管此类催化剂为纳米超细微粒，可以改善催化剂与碳颗粒的接触性能，但是该催化剂的孔径小于10nm，吸附炭难以进入催化剂孔道内进行反应，只能和催化剂的外表面接触，催化剂的活性比表面积利用率低。按照国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)的定义，大孔材料是指孔径大于50nm的多孔材料,并且根据其孔道的·有序性和无序性可以分为有序大孔材料和无序大孔材料。三维有序大孔材料(3D0M 材料，Three-dimensionalIy Ordered Macroporous Materials,又称反蛋白石材料)，作为一类新型材料具有均匀有序的大孔孔道(50nm以上)、较高的孔体积(理论孔隙率74%)和骨架组成的多样性(简单氧化物、复合氧化物和固溶体等)等特点，和其他多孔材料相比，其独特的孔道结构有利于物质从各个方向进入孔内，降低物质的扩散阻力，为物质的扩散提供最佳流速及更高的效率，在催化剂、载体材料等众多领域有着广阔的应用前景。将3D0M催化剂用于碳颗粒的催化燃烧反应，一方面较大的孔径有利于碳颗粒进入到催化剂孔道内进行反应，另一方面均匀有序的孔道结构有利于碳颗粒进入孔道后的顺畅扩散，从而提高了催化剂内部孔道活性表面积的有效利用率，大大降低了吸附炭的燃烧温度。但是，到目前为止，单纯的氧化物催化剂的催化活性还很低，因而，必须对氧化物催化剂进行改进以提高其催化活性。贵金属催化剂Pt、Rh、Pd、Au等使用在柴油车尾气中，一般是负载于氧化物载体上，贵金属与氧化物载体协同作用脱除尾气中的吸附炭。有研究者在对Au-VOx催化剂的研究中发现，Au-VOx催化剂能将炭烟的Tign降低100_150°C。担载贵金属催化剂是在催化剂与炭烟颗粒松散接触条件下活性较高的催化体系，贵金属与氧化物载体协同作用脱除尾气中的炭烟颗粒。目前文献报道中活性最好的催化剂是日本O1-Uchisawa等研制的担载贵金属Pt催化剂。因此，将三维有序大孔氧化物与贵金属颗粒相结合，利用三维有序大孔氧化物的接触性能和贵金属颗粒的高活性位，必将制备高活性的催化裂化再生烟气净化催化剂。目前，三维有序大孔氧化物担载贵金属颗粒催化剂的常用制备方法一般包括以下步骤:第一步，利用胶体晶体模板法是制备三维有序大孔氧化物。首先，制备单分散的胶体微球并堆积组装成有序的胶体晶体模板；然后，将前驱体填充到模板间隙，并对其进行热转化等处理，使其在模板间隙内转化为固体骨架；最后，通过焙烧或溶解等方法去除模板，得到相应的3D0M氧化物，其结构为胶体模板的反复制，称为反蛋白石结构。第二步，利用适当的方法将贵金属颗粒担载在三维有序大孔氧化物上。目前已经存在的有关担载贵金属催化剂的制备方法有浸溃法、共沉淀法、沉积沉淀法、离子交换法、光化学沉积法、化学蒸发沉积法、金属有机络合物固载法及共溅镀法等。这些方法各有特点，但对制备三维有序大孔氧化物载体担载贵金属催化剂存在一定的问题。例如，问题一，制备过程极易破坏已有的三维有序大孔氧化物的结构。问题二，贵金属颗粒不易均匀担载在大孔载体的内表面上，使得块体催化剂贵金属颗粒内外分布不均，影响催化活性的评价。问题三，催化剂使用过程中，高温的条件下，贵金属活性组分易于团聚造成催化剂活性下降，催化剂的稳定性降低。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种，该催化剂及其制备方法改变了传统制备方法的流程，首先将贵金属纳米颗粒担载到具有三维有序大孔结构的简单氧化物载体上，然后将稀土元素或过渡金属元素负载到贵金属纳米粒子的表面，最终制备得到以简单氧化物为载体，以贵金属(核)_稀土元素或过渡金 属元素(壳)为活性组分制备得到的具有三维有序大孔结构的催化剂，该催化剂与炭烟颗粒的接触面积较大，活性表面积的利用率也较高。为达到上述目的，本专利技术提供了一种大孔氧化物担载核壳结构纳米颗粒的催化齐IJ，其是一种柴油车排放炭烟颗粒物燃烧用氧化催化剂，该大孔氧化物担载核壳结构纳米颗粒的催化剂是以具有三维有序大孔结构的简单氧化物作为载体担载核壳结构纳米颗粒得到的，其中，核壳结构纳米颗粒的核心为贵金属，核壳结构纳米颗粒的壳的材料为稀土元素或过渡金属元素中的一种或几种的组合，所述简单氧化物为具有催化惰性的氧化物，所述载体中的大孔的平均孔径为50nm-l V- m。炭颗粒的催化活性与炭颗粒和催化剂的接触面积成正比，由于炭颗粒的粒度较大(单个粒子的直径大于20nm)，要使炭颗粒能够顺利进入催化剂内部孔道，必须满足一定的孔径要求。本专利技术提供的催化裂化再生烟气吸附炭颗粒净化用氧化催化剂以具有三维有序大孔结构的金属氧化物作为载体，其内部孔道的平均孔径为50nm-l u m，所得到的催化剂内部具有大孔孔道，可以更好地与吸附炭进行接触。利用本专利技术提供的以具有三维有序大孔结构的氧化物为载体的催化剂对吸附炭颗粒进行处理时，炭颗粒能够进入催化剂内部，与催化剂内部孔道的活性表面接触，其燃烧温度比目前所采用的其他净化催化剂要低很多。本专利技术所提供的催化剂中的活性组分采用以贵金属为核、稀土元素或过渡金属元素为壳的核壳结构纳米颗粒，通过将该颗粒担载在具有三维有序大孔结构的氧化物上，尤其是内部孔道上，可以大大提高催化剂的催化活性，尤其是低温的催化活性以满足柴油机冷启动的要求。本专利技术提供的柴油炭烟燃烧用氧化催化剂以简单惰性、高热稳定性的氧化物作为载体，优选地，上述简单氧化物为具有催化惰性的氧化物，包括氧化锆、氧化铝和氧化硅等中的一种或几种的组合。在本专利技术提供的上述催化剂中，优选地，所采用的贵金属包括金、钼、钯和银中的一种或几种的组合，稀土元素包括La、Ce、Pr、Nd和Sm等中的一种或几种的组合，过渡金属元素包括Fe、Co、Mn、N1、Cu和Cr等中的一种或几种的组合。本专利技术提供的催化剂以具有三维有序大孔结构的氧化物为载体并以贵金属(核)_稀土元素或过渡金属元素(壳)为活性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大孔氧化物担载核壳结构纳米颗粒的催化剂，其是一种柴油车排放炭烟颗粒物燃烧用氧化催化剂，该大孔氧化物担载核壳结构纳米颗粒的催化剂是以具有三维有序大孔结构的简单氧化物作为载体担载核壳结构纳米颗粒得到的，其中，核壳结构纳米颗粒的核心为贵金属，核壳结构纳米颗粒的壳层材料为稀土元素或过渡金属元素中的一种或几种的组合，所述简单氧化物为具有催化惰性的氧化物，所述载体中的大孔的平均孔径为50nm?1μm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韦岳长，赵震，于学华，靳保芳，刘坚，段爱军，姜桂元，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：