[發(fā)明專利]一種用于汽車尾氣凈化的稀土鈣鈦礦型儲氧材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710304316.X
• 申請日: 2007-12-27
• 公開（公告）號: CN101274215A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發(fā)明（設計）人: 翁端;冉銳;吳曉東;樊俊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B01D53/94
• 分類號: B01D53/94;B01J23/889
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權代理有限公司
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發(fā)明屬于汽車尾氣催化技術領域，特別涉及一種用于汽車尾氣凈化的稀土鈣鈦礦型儲氧材料。

技術背景

汽車尾氣中包含的主要有害成分有一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)和氮氧化物(NO_x)。隨著汽車尾氣排放限制法規(guī)日趨嚴格，可以同時去除上述三類污染物的三效催化劑(Three-way?catalysts，簡稱TWCs)已廣泛應用于汽車尾氣污染控制。由于在三效催化中同時存在氧化和還原反應，只有在氧化物和還原物的比值在一定范圍時，才能通過相互反應達到同時消除的目的，這個特定的氣氛范圍通常被稱作TWC的操作窗口(Operation?Window)。但是在實際情況中，由于路面狀況、車速等限制，使得空燃比的波動范圍遠超過最佳范圍，從而影響TWC對各種污染物的同時凈化效果。針對上述問題，基本的解決方法是在催化劑中添加儲氧材料，這種材料可以通過金屬離子的可逆氧化還原實現(xiàn)在富氧或貧氧的氣氛下快速地存儲或釋放氧，從而調(diào)節(jié)排氣中的氧化還原比，拓寬TWC的操作窗口。

由于汽車尾氣排放的溫度會隨著車速變化在200～1100℃范圍內(nèi)波動，因此用于汽車尾氣排放控制的TWCs對儲氧材料的熱穩(wěn)定性提出了很高的要求。目前應用最廣泛的儲氧材料是鈰鋯儲氧材料。近年來各類新型高性能儲氧材料的開發(fā)也成為這一領域研究的熱點。鈣鈦礦型復合氧化物(ABO₃)由于其良好的氧滲透性和高熱穩(wěn)定性，也成為被研究的儲氧材料之一。例如：在文獻“Journal?ofCatalysis，1997，165，197-204.”中報道，La(MnRh)O_3.15鈣鈦礦型材料具有較高的儲氧能力，約為0.15mol[O]/mol?cat.(約620μmol/g?cat.)，其儲氧能力主要來自于Mn⁴⁺和Mn³⁺離子之間的可逆轉變以及該體系中較強的氧遷移能力。再如，不含貴金屬的A位摻雜型的LaMnO₃和LaCoO₃鈣鈦礦型材料(Appliedcatalysis?B：Environment，2005，58，273-288.)在480℃下儲氧性能最佳可以達到450μmol/g?cat.以上，基本與目前商用的鈰基儲氧材料的儲放氧能力相當，但低溫儲氧性能不佳。另有專利(JP?2006176346)指出，新制備的SrFeO₃鈣鈦礦型材料在400℃時在He-O₂-He-H₂的連續(xù)脈沖下測得的儲氧能力約為700μmol/g?cat。因此，研制兼有優(yōu)良中低溫儲氧性能和高熱穩(wěn)定性的實用型稀土鈣鈦礦儲氧材料，對于推進新型儲氧材料的開發(fā)以及鈣鈦礦型儲氧材料的商業(yè)化應用具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于汽車尾氣凈化的稀土鈣鈦礦型儲氧材料。所述稀土鈣鈦礦型儲氧材料的通式為La_1-xA_xMn_1-yB_yO₃，其中A為Sr、Y、Ce、Pr和Nd中之一種；B為Ni、Fe、Cu和Co中之一種；0≤x≤0.4；0≤y≤0.4；x、y為摩爾值；該儲氧材料具有優(yōu)良的中低溫儲氧性能和高溫熱穩(wěn)定性，可以用來替代鈰鋯儲氧材料，用于汽車尾氣凈化，擴寬汽車尾氣凈化催化劑的操作窗口。

所述稀土鈣鈦礦型儲氧材料可采用溶膠-凝膠法、共沉淀法等濕化學方法制備。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所制得的La_1-xA_xMn_1-yB_yO₃儲氧材料具有優(yōu)良的中低溫儲氧性能和高溫熱穩(wěn)定性。經(jīng)1050℃水熱老化5h之后，仍能維持良好的儲氧性能，且遠高于鈰鋯儲氧材料的測試性能，能夠滿足當前汽車尾氣處理技術對儲氧材料的低溫性能和實用壽命的要求，可以用于替代鈰鋯儲氧材料用于汽車尾氣凈化，以擴寬汽車尾氣凈化催化劑的操作窗口，具有較強的推廣價值。制備該儲氧材料所采用的溶膠-凝膠法、共沉淀法等濕化學制備工藝過程簡單，重復性好，容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明