[發明專利]一種尾氣凈化用催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201310453379.7
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103464152A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 肖益鴻;魏可鎂;吳青妹;蔡國輝;鄭勇;魏笑峰
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J23/63
• 分類號: B01J23/63;B01D53/94
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于化學催化劑及其制備技術領域，具體涉及一種具有更優的催化活性和高溫熱穩定性的，可用于汽車尾氣及其相關廢氣凈化消除的負載型貴金屬催化劑及其制備方法。

背景技術

隨著社會的進步，汽車保有量高速增長，汽車在給人們帶來方便的同時，也帶來了嚴重的尾氣污染問題。由汽車排放廢氣引起的光化學煙霧、酸雨、溫室效應等嚴重危害著人類生活的環境。為此世界范圍內主要發達國家都制定了嚴格的汽車排放法規來限值機動車尾氣的排放，例如歐洲現行歐5排放標準，預計2014年將開始實施歐6排放標準。目前在汽車上安裝尾氣凈化催化劑等后處理措施是汽車尾氣排放達標的最有效措施之一。排放標準的升級不僅是凈化效率要求提高，而且壽命也要求大幅度提高。例如歐4標準相對于歐3，污染物排放CO低57%，HC低50%，NOx低47%。歐5標準相對于歐4，CO和HC基本相同，NOx排放降低25%。歐5的耐久性提高由歐4的10萬公里提高到16萬公里，同時增加了顆粒物排放的限制。

汽車冷啟動階段，由于催化劑未達到起燃溫度，無法對尾氣廢氣進行有效的轉化，而冷啟動階段的CO、HC的排放會占到總排放量的60－90％，為了有效地削減汽車的冷啟動排放，希望催化劑要能夠在盡量短的時間內起燃。為了解決這一問題通常要求催化劑具有低的起燃溫度，或通過將催化劑安裝在離發動機排氣出口近的位置來實現。壽命標準的提高和安裝位置的提前，對催化劑的熱穩定性提出了更高的要求。

汽車尾氣排放污染物的催化消除常用的是負載型貴金屬催化劑，所用的貴金屬有Pt、Rh、Pd等。常用的載體材料為Al₂O₃，常用的助劑為CeO₂。由于具有優異的儲放氧性能，添加助劑CeO₂后催化劑對CO和烴類的氧化性能得到極大的促進。據報道，CeO₂的主要作用是儲存從貴金屬如Pt上溢流而來的氧物種，為催化氧化提供氧源（J．Catal．，1993，139：561-567）。若是將CeO₂與貴金屬分開放，催化氧化活性并未提高。但是由于純CeO₂在高溫時易燒結，導致載體比表面積小，不利于貴金屬的分散，因此單一的以CeO₂為載體負載貴金屬的催化劑在高溫下失效很快。通過以共沉淀方式將鈰鋁混合制備的鈰鋁復合氧化物其熱穩定性可以得到改善，專利CN102407101A用共沉淀的方法合成了三種鈰基納米復合氧化物，其中的鈰鋁納米復合氧化物經750°C焙燒后比表面積為48.1m²/g。其高溫熱穩定性仍有待進一步提高。而且采用共沉淀法先合成鈰的復合氧化物后再負載貴金屬制備成催化劑的方法，貴金屬與氧化鈰的接觸幾率降低。助劑CeO₂的促進作用無法得到最大發揮。

為解決上述問題，本發明提供了一種沉淀結合水熱的制備氧化鋁上負載氧化鈰材料作為載體，水熱原位還原沉積法負載活性組分貴金屬的廢氣催化劑的制備方法。由該方法制備的催化劑比表面積較大，且具有較高的熱穩定性。催化劑中貴金屬與CeO₂接觸幾率最大化，兩者相互作用較強，催化劑表現出較高的低溫活性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種尾氣凈化用催化劑及其制備方法，本發明的催化劑中CeO₂和貴金屬物種相互作用強，CeO₂載體能產生更多的氧空位，活化氧氣分子轉為活性氧物種，提高催化氧化活性。氧化鋁和二氧化鈰之間相互分散和接觸，起相互阻隔作用，可以避免以單純氧化鈰為載體的燒結，同時顯著提高氧化鋁在高溫下的熱穩定性。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種尾氣凈化用催化劑包括氧化鋁載體、負載在氧化鋁上的二氧化鈰、以及負載在二氧化鈰表面的貴金屬活性組分。

所述氧化鋁載體為ganma-氧化鋁、delta-氧化鋁、kapa-氧化鋁中的一種或多種。

負載在氧化鋁上的二氧化鈰的質量為氧化鋁載體質量的50%-100%。

所述的貴金屬為Pt、Pd、Rh、Ru中的一種或多種，貴金屬質量為催化劑總質量的0.1%-1.5%。

所述的貴金屬為Pt、Pd、Rh、Ru中的一種或多種，貴金屬質量為二氧化鈰質量的0.5%-5%。

采用沉淀水熱法來制備氧化鋁載體和二氧化鈰，采用水熱原位還原沉積法來負載貴金屬活性組分。包括以下步驟：