[發明專利]Ce-Zr-Mg-O復合氧化物儲氧材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210257202.5
• 申請日: 2012-07-24
• 公開（公告）號: CN102921400A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 周仁賢;楊林顏
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01J35/10
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 唐銀益

技術領域

本發明涉及無機及固體材料化學的制備，特別是一種高儲氧量的Ce-Zr-Mg-O復合氧化物儲氧材料的制備方法。

?

背景技術

鈰鋯基儲氧材料由于具有良好的儲放氧性能和熱穩定性在許多領域，如在燃料電池、天然氣催化燃燒、機動車尾氣催化凈化和含氯VOCs催化凈化等有重要的應用。鈰鋯基儲氧材料的儲氧性能和氧化還原性能與Ce-Zr-O固溶體的氧空穴濃度、氧空位的遷移率、表面積以及陰離子缺陷的形成等因素密切相關。為進一步改善鈰鋯基儲氧材料的儲放氧能力和穩定性，通常通過優化材料的制備方法、摻雜其它金屬元素形成的CeO₂基多組分復合氧化物，以獲得具有更優的結構、織構、儲放氧性能和催化性能，此方面已經成為該類新材料研究的熱點。制備方法對鈰鋯固溶體的織構-結構性質、儲放氧性質、氧化還原性質和熱穩定性也有很大的影響，如采用共沉淀-超臨界干燥相結合的方法制備CeO₂-ZrO₂復合氧化物具有高比表面積、較寬的介孔孔徑分布范圍、良好的熱穩定性和儲放氧性能。外來元素摻雜改性的影響主要包括以下兩個方面：一方面為通過改變摻雜離子的半徑，使晶格內原子重排，晶體結構發生重組和不同程度的畸變，產生結構缺陷，有效降低氧在晶格中的擴散阻力；另一方面為通過引入價態低于Ce⁴⁺和Zr⁴⁺的陽離子，利用晶格的電價平衡使晶體中產生氧空位，提高體相氧的擴散速率，降低儲氧量對表面積的依賴程度。目前摻雜的第三組分主要有鋁、堿土金屬、過渡金屬和稀土金屬等。在CeO₂-ZrO₂復合氧化物中進一步添加其它稀土元素，如稀土元素La、Nd、Pr等，不僅可以顯著提高復合氧化物的熱穩定性，少量摻雜更能產生更多的晶格氧空穴，提高體相氧的流動性、儲氧量及催化劑的催化氧化-還原活性。在CeO₂-ZrO₂復合氧化物中進一步添加適量的過渡金屬，如MnOx、CuO等與鈰鋯固溶體反應生成三元氧化物，可極大地提高氧化鈰的低溫氧化還原特性，降低催化劑的起燃溫度。在CeO₂-ZrO₂復合氧化物中添加適量的Ca、Sr、Ba等堿土金屬元素也可極大地改善鈰鋯固溶體的儲放氧能力，其耐熱穩定性也有不同程度的提高。鈰鋯基儲氧材料作為催化劑或催化劑的涂層材料，其比表面、孔體積和平均孔徑等織構性質扮演著十分重要的角色，而這些材料的結構、織構和儲氧性能等方面性質很大程度上取決于其制備方法，不同的制備方法對這些性質有顯著的影響。

?

發明內容

本發明正是針對現有技術的不足之處，提供一種高儲氧量的Ce-Zr-Mg-O復合氧化物儲氧材料的制備技術。

本發明的具體技術方案如下：

本發明是一種Ce-Zr-Mg-O復合氧化物儲氧材料的制備方法，以鈰、鋯和鎂的硝酸鹽為原料，采用共沉淀法制備Ce-Zr-Mg-O復合氧化物前驅物，然后采用超臨界干燥法干燥，制得Ce-Zr-Mg-O復合氧化物儲氧材料，制備步驟是：

1)、將鈰、鋯和鎂的硝酸鹽溶解在水中，攪拌均勻后，滴加濃度為2.5～3.0?mol/L的(NH₄)₂CO₃-NH₃·H₂O混合溶液，pH值調至9.0~9.5，室溫下靜置老化6~12小時；

2)、將含有鈰、鋯和鎂的沉淀物用蒸餾水抽濾洗滌，再用無水乙醇交換沉淀物中的水；

3)、將乙醇交換后的沉淀物置于高壓反應釜內，加入無水乙醇，進行超臨界法干燥，超臨界條件為壓力7.0~10MPa，升溫速率1.0~3.0℃/min，溫度200~250℃；

4)、在超臨界條件下保持2~4小時，恒溫下緩慢放出氣體，得到Ce-Zr-Mg-O復合氧化物前驅物；

5)、將步驟4)得到的前驅物在空氣氣氛中經600~650℃處理2~4小時，制得Ce-Zr-Mg-O復合氧化物儲氧材料。

本發明所述復合氧化物儲氧材料中組分鈰、鋯和鎂的摩爾比為2~1∶1∶0.147~0.58。

本發明所述的(NH₄)₂CO₃-NH₃·H₂O的摩爾比為1：1。

????本發明的有益效果如下：