[發明專利]鈣鈦礦/二氧化鈰復合催化劑及其制備方法和對碳煙的催化燃燒

無效

• 申請號: 200810225984.8
• 申請日: 2008-11-10
• 公開（公告）號: CN101733111A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 劉堅;趙震;蘭杰;徐春明;段愛軍;姜桂元
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: B01J23/83
• 分類號: B01J23/83;B01D53/94
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 黃健

技術領域

本發明涉及催化劑領域，具體是涉及一種用于對柴油車排放碳煙顆粒物 凈化的鈣鈦礦/二氧化鈰納米復合催化劑及其制備方法，本發明還涉及該納 米復合催化劑在降低柴油車尾氣中排放碳煙顆粒的燃燒溫度方面的用途。

背景技術

由于柴油車碳煙顆粒物的排放量約為汽油機的30～80倍，且吸附多 種有機化合物，如C1～C20的烴類(其中含磷化鋇)、酚類、胺、致癌物苯 并芘及其他含氧化合物，這些粒度極細的顆粒物在空氣中的沉降速率不同， 而其大小恰又使它懸浮于大氣中人類的呼吸層高度內，能深入至肺泡，且 不易排出體外，所以對人體危害極大。在汽車擁有量急速增加的今天，柴 油車排放尾氣中的污染物特別是顆粒物(PM)對環境的污染和對人體健康 的影響正受到人們的廣泛關注。

利用微粒捕集器是減少柴油車排放PM的最主要的尾氣后處理方法，其 應用的原理是使PM在過濾過程中被吸附在過濾介質的表面而起到凈化作 用。然而，若集聚在過濾器上的微粒未被及時地除去，將導致柴油車背壓 增大，從而影響柴油車的性能。因此，這種過濾器實際使用時的難點是再 生，即，將積累的碳煙顆粒物PM定時去除，使過濾器得以連續工作。過 濾器的再生方法多采用催化氧化法，它的關鍵是負載于過濾器上的氧化催 化劑應具有良好的低溫燃燒活性，使得沉積在過濾器的過濾介質表面上的 PM能夠在較低的柴油車排氣溫度下燃燒除去，從而有效地降低柴油車尾氣 中碳煙的排放量，發動機也不至于因為PM堵塞造成背壓增高而熄火。柴 油發動機的工作狀態是，PM的熱氧化溫度高達550℃～600℃，而柴油車 的排氣溫度為180～400℃。因此，需要一種催化活性高的催化劑催化PM 的燃燒，降低PM的氧化溫度，使過濾器上的PM能被氧化除去而再生，避 免PM在過濾器上的過度積累，堵塞過濾器。

催化劑的催化機理是使碳煙顆粒氧化反應途徑發生改變，大大降低燃燒 活化能，使反應速度加快數倍甚至幾百倍，因此適宜的催化劑能夠在柴油 車排放尾氣溫度下將捕集到的顆粒物催化氧化，從而完成過濾器的再生。

美國專利US?2003/0104932中記載了一種用于凈化碳煙等柴油車尾氣 污染物的催化劑，這種催化劑包括附著在Zr-W氧化物上的Pt和Pd等貴金 屬。在中國專利CN?1554859A中公開了一種用過濾器和凈化催化劑清除碳 煙顆粒物質的方法，使用的是Pt-V₂O₅/Al₂O₃貴金屬催化劑。這些貴金屬催 化劑同時還可以氧化或分解可溶性有機物(SOF)、HC和CO，然而，目 前所采用的這些在微粒捕集器(DPF)上負載Pt、Pd等貴金屬催化劑以清 除碳煙顆粒的方法受到一些限制條件，因為Pt系催化劑不僅昂貴，而且在 我國資源匱乏。所以，開發一種新的高活性的廉價非貴金屬柴油碳煙催化 燃燒的催化劑是一項很有實際意義的工作。

中國專利CN?1139428C中公開了幾種催化柴油碳煙燃燒的非貴金屬系 列催化劑，主要由堿金屬摻雜的LaCoO₃鈣鈦礦和CuFe₂O₄尖晶石復合氧化 物組成，可以降低碳煙顆粒燃燒溫度160-180℃，但是碳煙的燃燒溫度仍然 在400℃以上，故其催化性能還不能完全滿足柴油車尾氣凈化的要求。

本案發明人在中國專利CN?1743067A中公開了幾種鈣鈦礦和類鈣鈦礦 系列納米超細微粒催化劑在催化柴油機尾氣碳顆粒燃燒中的應用，其中記 載的催化劑可以降低碳顆粒燃燒溫度，使之達到柴油車尾氣凈化的要求溫 度范圍。但是該專利的研究僅教導了這些納米級鈣鈦礦和類鈣鈦礦超細微 粒催化劑可有效催化柴油車尾氣排放碳煙顆粒的燃燒，沒有進行擔載在催 化劑載體上的相關研究。由于這種納米級鈣鈦礦比表面非常小，如不進行 擔載，使用中還存在其他問題。另一方面，研究顯示，真正實用的汽車尾 氣催化劑必須擔載在氧化鋁或氧化鈰等氧化物等載體上。

因此，本發明是在目前已有研究的柴油車碳煙顆粒催化燃燒的基礎， 進一步對柴油碳煙燃燒催化活性高、價格低廉的擔載型納米復合氧化物催 化劑的研究。

發明內容

本發明所解決的主要技術問題在于提供一種鈣鈦礦/二氧化鈰復合催化 劑，該催化劑對柴油機排放中碳煙顆粒燃燒的催化活性高，使碳煙顆粒的 燃燒溫度大幅降低，且該催化劑不含貴金屬，在提高催化活性的同時也降 低了催化劑成本。