[發(fā)明專(zhuān)利]一種大孔-介孔鈰鋯固溶體載銀催化劑及制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310459752.X
• 申請(qǐng)日: 2013-09-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103495418A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉堅(jiān);趙震;譚小玉;韋岳長(zhǎng);徐春明;段愛(ài)軍;姜桂元
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)(北京)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J23/66
• 分類(lèi)號(hào): B01J23/66;F01N3/023;F01N3/035
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 韓蕾

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣處理領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及一種大孔-介孔鈰鋯固溶體載銀催化劑及制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)

柴油機(jī)具有熱效率高、經(jīng)濟(jì)性好等顯著特點(diǎn)，因此目前機(jī)動(dòng)車(chē)柴油化程度不斷提高。但是柴油車(chē)的炭煙顆粒物（PM）排放量為汽油車(chē)的30～80倍，其中70%的炭煙顆粒物的粒徑小于0.3μm，且吸附有多種有機(jī)化合物，被人體吸入后能深入至肺泡，且不易排出體外，而顆粒物作為強(qiáng)致癌物苯并芘、硝基稠環(huán)芳烴的載體，對(duì)人體的危害非常大。因此，減少炭煙顆粒物在空氣中的排放量是柴油車(chē)尾氣排放處理的首要任務(wù)。

利用微粒補(bǔ)集器是減少柴油車(chē)排放炭煙顆粒最主要的尾氣后處理方法，其應(yīng)用的原理是使炭煙顆粒在過(guò)濾過(guò)程中被吸附在過(guò)濾介質(zhì)的表面而起到凈化作用。然而，若集聚在過(guò)濾器上的微粒未被及時(shí)地除去，將導(dǎo)致柴油車(chē)背壓增大，從而影響柴油車(chē)的性能。因此，這種過(guò)濾器實(shí)際使用時(shí)的難點(diǎn)是再生，將積累的炭煙顆粒物定時(shí)去除，使過(guò)濾器得以連續(xù)工作。過(guò)濾器的再生方法多采用催化氧化法，它的關(guān)鍵是負(fù)載于過(guò)濾器上的氧化催化劑應(yīng)具有良好的低溫燃燒活性，使得沉積在過(guò)濾器中的炭煙顆粒能夠在較低的排氣溫度下燃燒除去，從而有效地降低柴油車(chē)尾氣中炭煙的排放量，發(fā)動(dòng)機(jī)也不至于因?yàn)樘繜燁w粒堵塞造成背壓增高而熄火。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在工作狀態(tài)時(shí)，炭煙顆粒的熱氧化溫度高達(dá)550～600℃，而柴油車(chē)的排氣溫度為180～400℃。因此，提高柴油車(chē)尾氣排放的炭煙顆粒凈化用催化劑的催化活性，降低炭煙顆粒的燃燒溫度，從而使炭煙顆粒物過(guò)濾器（DPF）能夠連續(xù)使用，是減少柴油機(jī)排放炭煙顆粒物最直接有效的方法。

由于柴油車(chē)尾氣中的炭煙顆粒消除反應(yīng)是一個(gè)氣（尾氣）-固（炭煙顆粒）-固（催化劑）三相復(fù)雜的深度反應(yīng)過(guò)程，因此催化劑的活性不僅與氧化催化劑本身的氧化還原性能密切相關(guān)，同時(shí)還與催化劑與炭煙顆粒的接觸程度有關(guān)。由于柴油機(jī)碳黑顆粒的直徑一般較大（通常大于25nm），而普通催化劑的孔徑通常小于10nm，碳黑顆粒難以進(jìn)入催化劑的孔道內(nèi)部，只能和其外表面接觸，導(dǎo)致催化劑的有效活性表面積減小。因此，用于消除柴油車(chē)炭煙顆粒的催化劑首先要有非常好的氧化還原性能，其次擁有較大的孔徑和有序的孔道結(jié)構(gòu)以提高催化劑內(nèi)部孔道活性表面積的利用率。

三維有序大孔-介孔（大孔-介孔）材料，作為一類(lèi)新型材料具有均勻有序的大孔孔道（50nm以上）、豐富的介孔孔道結(jié)構(gòu)和骨架組成的多樣性（簡(jiǎn)單氧化物、復(fù)合氧化物和固溶體等）等特點(diǎn)，從而得到廣泛的關(guān)注。將大孔-介孔催化劑用于炭煙顆粒的催化燃燒反應(yīng)，一方面均勻有序大孔孔道有利于炭煙顆粒進(jìn)入到催化劑孔道內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，從而提高催化劑與炭煙顆粒的接觸，另一方面豐富的介孔孔道可以提高催化劑的比表面積，且有利于小顆粒及氣體分子的催化轉(zhuǎn)化。

貴金屬催化劑主要是使用Pt、Pd、Au、Rh等，是目前應(yīng)用最多、性能最好的炭煙顆粒消除催化劑。Pt基催化劑氧化性能最好，但在機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣中遇到SO₂，容易將SO₂氧化為SO₃，而SO₃又與尾氣或者空氣中的水反應(yīng)生成硫酸，硫酸可以與金屬載體反應(yīng)生成硫酸鹽而覆蓋在催化劑的活性位上引起催化劑的硫中毒而失活。Pd基催化劑跟Pt基催化劑相比氧化性相對(duì)較弱，僅產(chǎn)生中等數(shù)量的硫酸鹽，因此Pt的抗硫中毒的能力強(qiáng)。Rh基的氧化性最弱、對(duì)炭煙的氧化活性最低。Au基催化活性正在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)中。這些貴金屬組分的價(jià)格都很高昂。Ag由于具有獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)及生物學(xué)特性，被廣泛應(yīng)用于催化、藥物載帶、生物傳感器、納米分子組裝等領(lǐng)域中。在貴金屬中，銀顆粒又因?yàn)槠洫?dú)特的抗菌特性和生物相容性而引起人們的廣泛重視。

鑒于以上所述，制備開(kāi)發(fā)具有三維有序大孔-介孔結(jié)構(gòu)的鈰鋯固溶體復(fù)合氧化物催化劑，并將其用于柴油車(chē)排放炭煙顆粒物的催化燃燒，對(duì)于提高催化劑與炭煙顆粒的接觸，降低炭煙顆粒的燃燒溫度，從而降低柴油車(chē)尾氣炭煙顆粒的排放，具有非常重要的基礎(chǔ)研究意義和環(huán)境保護(hù)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種大孔-介孔鈰鋯固溶體載銀催化劑。該催化劑對(duì)柴油機(jī)排放中炭煙顆粒催化燃燒具有非常好的效果，使炭煙顆粒的燃燒溫度大幅降低，在提高催化活性的同時(shí)降低催化劑成本。

本發(fā)明的另一目的在于提供所述大孔-介孔鈰鋯固溶體載銀催化劑的制備方法。

本發(fā)明的再一目的在于提供應(yīng)用大孔-介孔鈰鋯固溶體載銀催化劑處理柴油車(chē)尾氣的方法。