[發明專利]一種用于稀燃汽油機或柴油機尾氣凈化的新型氮氧化物儲存還原催化劑

有效

• 申請號: 200910093480.X
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN101722010A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 賀泓;王曉英;余運波;王少莘
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J23/78;B01D53/94;B01D53/56;B01D53/86;B01J20/06
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技術領域

本發明應用于環境催化凈化技術領域，涉及一種用于稀燃汽油車和柴油車尾氣后處理技術的新型鈦基鈷摻雜型氮氧化物儲存還原催化劑。?

技術背景

與汽油發動機相比，稀燃汽油機和柴油機具有燃油經濟性好、CO₂排放低和使用壽命長等優點；隨著世界范圍內的能源短缺和尾氣排放標準的逐步加嚴，上述優勢更加凸顯。稀燃汽油車和柴油車比汽油車節省燃油，然而尾氣中的大量氮氧化物(NOx)不僅會引起光化學煙霧、酸雨等突出環境問題，同時對人類的健康具有嚴重危害。因此，如何有效去除稀燃汽油機和柴油發動機尾氣中NOx成為當今環境催化的研究熱點。由日本豐田公司提出的NOx儲存還原技術(NSR)受到了全世界的廣泛關注。?

典型的NSR催化劑組成包括貴金屬(Pt、Rh、Pd)，堿金屬或堿土金屬，以及大比表面的載體(通常為氧化鋁)(專利JP2600492，JP2003245550)。當前以Pt/Ba/Al為主流研究和應用體系，其在凈化稀燃尾氣NOx中作用可分為以下幾步：稀燃條件下(富氧)，NO在Pt的作用下被氧化為NO₂，由催化劑上堿性組分儲存下來形成硝酸鹽；當發動機周期性的調整到濃燃條件下(貧氧)，NOx被釋放出來，與尾氣中共存的H₂、CO、CH等反應還原為N₂。?

稀燃汽油車和柴油車尾氣排放溫度較汽油機的尾氣排放溫度要低。傳統的Pt/Ba/Al催化劑對NOx最佳去除溫度在300℃左右，該催化劑在低溫段顯示了較差的NOx轉化效果，因此如何提高NSR催化劑的低溫活性成為當前亟待解決的問題。基于柴油機尾氣稀燃-濃燃的動蕩氣氛，以及在NSR多組分催化劑上發生的氧化、儲存、釋放、還原等一系列過程，所需的新型NSR催化劑在每一個環節的改進都有可能促進低溫條件下性能的提升。?

發明內容

針對現有Pt/Ba/Al在低溫區間NOx轉化率較低的缺陷，本發明提供了一種以堿金屬K代替堿土金屬Ba做為儲存組分，負載在大比面積TiO₂上并添加了過渡金屬鈷Co的新型復合氧化物催化劑。以TiO₂為載體是基于該物質對SO₂有很強的耐受性。K作為儲存組分具有較強的堿性，可有效吸附NOx，為NOx的低溫儲存提供了活性位點。而Co的添加則是利用該過渡金屬氧化物較好的氧化還原性質，氧化物之間的共性可以使其與同為氧化物的儲存組分形成緊密的相互作用，存在良好的鋪展分散效應，進一步促進了NO、O₂在稀燃階段的吸附和溢流，增強了氮氧化物在催化劑表面的吸附。同時，氧化鈷的添加降低了還原氣氛?下吸附態硝酸鹽的熱穩定性，有助于NOx在濃燃階段的釋放和還原。在動態稀燃-濃燃循環條件下，Pt/Co/K/TiO₂催化劑在100-400℃的溫度范圍內顯示了較Pt/Ba/Al₂O₃更優的轉化效果。?

本發明的催化劑是一種用來凈化稀燃汽油機和柴油機尾氣NOx的低溫型儲存還原催化劑，其特征在于該催化劑由負載在高比表面積的二氧化鈦上的貴金屬Pt、堿性組分K和過渡金屬Co構成，其中Pt的含量為0.05-1.0wt.％(金屬元素重量換算值)，Co的含量為1-10wt.％(金屬元素重量換算值)，K的含量為10-20wt.％(金屬元素重量換算值)，制成后的催化劑應有200平方米/克或更大的比表面積。?

本發明中催化劑的制備方法為逐步浸漬法，具體分為以下步驟：?

以TiO₂為載體，將一定量的鉀鹽配制成水溶液，浸漬于載體上，其中鉀鹽是硝酸鉀或碳酸鉀的至少一種，后進行減壓旋轉蒸發，將水分蒸干，放入烘箱中于100-120℃烘干過夜，經馬弗爐于400-700℃空氣氣氛中焙燒3-6h即制得K/TiO₂復合氧化物。?

將一定量的鈷鹽配制成水溶液，浸漬到上述制備的K/TiO₂上，其中鈷鹽為硝酸鈷或氯化鈷或乙酸鈷中的至少一種，后進行減壓旋轉蒸發，將水分蒸干，放入烘箱中于100-120℃烘干過夜，經馬弗爐于400-700℃空氣氣氛中焙燒3-6h即制得Co/K/TiO₂催化劑。?