[發明專利]纖維狀納米多孔V2O5-K2SO4/復合載體催化劑及其應用

無效

• 申請號: 201110084434.0
• 申請日: 2011-04-06
• 公開（公告）號: CN102188983A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 吳強;吳江
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: B01J27/055
• 分類號: B01J27/055;B01J35/06;B01J35/10;B01D53/94
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本項發明涉及一種高性能催化氧化柴油車尾氣中碳黑顆粒的纖維狀納米多孔V₂O₅-K₂SO₄/復合載體催化劑，屬于無機催化材料領域。

背景技術

納米碳纖維不僅具有低密度、高比強度、高導電和導熱性、強耐腐蝕和耐高溫等性能,?同時還兼具缺陷數量少、比表面積大和結構致密等優點，因而在催化劑和催化劑載體、高效吸附劑、復合材料等領域具有廣泛的應用前景。近年來,?模板法因其具有方法簡便、經濟、重復性高以及產品的形貌、結構、尺寸取向可控等諸多優點而被廣泛應用于納米材料的制備上,?而納米碳纖維是一種具有潛在應用前景的模板材料,?它可以通過工藝簡單、成本低廉的化學氣相沉積（CVD）法制備得到。

碳黑顆粒是柴油車排放的主要污染物之一,?己對城市大氣和公眾健康造成了很大的威脅,?并且隨著汽車柴油化的日益加快,?這一趨勢將更加突出,?因此控制和消除柴油車尾氣碳黑顆粒的排放具有十分重要的意義。科學研究表明采用氧化型催化劑將碳黑顆粒氧化成CO₂是目前有效解決柴油車尾氣碳黑顆粒排放污染的主要措施。

V₂O₅-K₂SO₄系催化劑因其具有低共熔點且易流動的特性，易于實現碳黑顆粒與催化劑的緊密接觸，因而具有優異的催化氧化碳黑顆粒的反應性能，但這種催化劑并不能大量并均勻地涂層負載于具備有序結構的宏觀基體材料如蛭石、水滑石、棒狀纖維、蜂窩陶瓷體以及多孔陽極氧化鋁膜（AAO）上。因此，積極研制和開發具有高質量和高性能樣品的新工藝和新技術一直是研究者們堅持不懈的追求目標。

采用納米碳纖維模板技術可以先將纖維狀納米多孔金屬氧化物固化在有序結構的宏觀基體材料上，以此得到復合材料，后將復合材料作為載體涂層負載相應的活性組分V₂O₅-K₂SO₄，進而得到纖維狀納米多孔V₂O₅-K₂SO₄/復合載體催化劑。通過優化制備條件，最終可以得到高質量有序結構宏觀基體與微觀顆粒復合的多孔材料,該類材料將具有很強的吸附和催化性能,可以克服催化反應中使用傳統納米粉末催化劑所帶來的各種弊端（如壓力降和熱傳遞問題、以及接觸效率低和催化劑難于分離等），能更為有效地降低柴油車尾氣中碳黑顆粒的排放，因而具有潛在的應用前景，目前尚未見到有關這方面工作的報道。

發明內容

本項發明的目的之一是為了解決上述的現有的傳統納米粉末催化劑使用過程中所帶來的各種問題而提供一種纖維狀納米多孔V₂O₅-K₂SO₄/復合載體催化劑。

本發明的目的之二在于提供上述的一種纖維狀納米多孔V₂O₅-K₂SO₄/復合載體催化劑的制備方法及其在降低柴油車尾氣中碳黑顆粒的排放中的應用。

纖維狀納米多孔V₂O₅-K₂SO₄/復合載體催化劑，其通過如下制備方法制備：

（1）、在有序結構宏觀基體材料上合成碳納米纖維

采用化學氣相沉積法在有序結構的宏觀基體材料上合成碳納米纖維；

即以Ni、Co、Fe等金屬作催化劑活性組分，以有序結構的宏觀基體材料為載體，CH₄、C₂H₄、CO等氣體作為碳源，控制氣體流量在20-30?mL/min，溫度在550-600℃，常壓下反應2-3?h即得到固化在有序結構宏觀基體材料上的碳納米纖維；

催化劑用量為宏觀基體材料的1%；

所述的有序結構的宏觀基體材料為棒狀纖維、蛭石、水滑石、蜂窩陶瓷體或多孔陽極氧化鋁膜（AAO）；

優選的有序結構的宏觀基體材料為棒狀纖維；

所述的棒狀纖維優選為SiO₂纖維或Al₂O₃纖維；

（2）、復合載體的制備

以步驟（1）所得的固化在有序結構宏觀基體材料上的碳納米纖維為模板在有序結構的宏觀基體材料上合成金屬氧化物，以得到復合載體；