[發明專利]一種高性能鈰鋯硅復合氧化物儲氧材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201410175431.1
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN104043441A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 劉玉媚;范群;趙向云;余林;蕭劍鳴
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學;廣州市威格林環保科技有限公司
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01J32/00;B01D53/94
• 代理公司: 廣州圣理華知識產權代理有限公司 44302
• 代理人: 頓海舟;陳業勝

技術領域

本發明屬于無機催化材料領域，涉及一種高性能鈰鋯基復合氧化物儲氧材料及其制備方法，尤其是涉及一種用于機動車尾氣凈化處理的催化材料。

背景技術

隨著世界經濟的飛速發展，汽車保有量急劇增加，汽車在給人們帶來極大的便利及對人類社會發展作出巨大貢獻的同時，也帶來了嚴重的環境污染問題。汽車消耗大量的石油資源、排出大量的有害氣體，對人類健康及生存環境造成嚴重的危害，成為城市空氣污染的主要污染源之一。因此，凈化汽車尾氣成為重大的研究課題。

鈰基儲氧材料的特點在于可以在富氧(貧燃)的情況下儲存氧氣，在貧氧(富燃)的情況下釋放氧氣，從而可以維持相對穩定的氧化還原比，保證汽車三效催化劑能夠發揮最大的催化凈化效果。Ce外層電子充填方式為4f¹5d¹6s²的特殊電子結構，使得Ce具有可變價態Ce³⁺和Ce⁴⁺，這兩種離子在一定的條件下可實現的可逆轉化，在富氧條件下氧化鈰可以儲存氧，確保NOx還原；同時在貧氧條件下氧化鈰可以釋放氧，提供CO和HC氧化所需要的氧，從而使催化劑始終保持最佳催化效能。上述調節氧濃度的能力就被稱作儲氧能力(Oxygen?Storage?Capacity，簡稱OSC)。在鈰中引入鋯離子，能提高儲氧材料的熱穩定性，高溫老化后仍可保持較高的比表面積及孔容。由于Zr⁴⁺的離子半徑比Ce⁴⁺的離子半徑小因此隨Zr⁴⁺的加入產生晶格收縮，晶格常數變小，可形成更多的缺陷和晶格應力，增強了其體相氧的移動，從而提高儲氧材料的性能。為了增強鈰鋯基儲氧材料的熱穩定性和儲氧能力，在其中摻雜其它金屬制備三元及多元組分的固溶體，以改變儲氧材料的結構、織構和儲氧性能。在其中加入第三組分如Al₂O₃或SiO₂，能CeO₂-ZrO₂相互間隔，阻礙了兩者的燒結，使得鈰鋯基儲氧材料的熱穩定性進一步提高，并且儲氧性能大幅度提高。

申請號為201210295245.2的專利公開了一種介孔鈰鋯固溶體復合氧化物納米材料及其制備方法。以非離子表面活性劑作為模板劑，利用有機硅源和有機高分子聚合物作有機前驅體，無機鈰源和無機鋯源作為無機前驅體，通過蒸發誘導多元共組裝的方法形成有機-無機復合物，通過一系列的處理最后得到高比表面積的介孔鈰鋯固溶體復合氧化物材料。該發明專利步驟繁多，操作復雜，引入較多其他組分，會影響樣品純度。

韓玉惜分別制備了鈰鋯固溶體，SBA-15分子篩，Al₂O₃及這三種組分機械研磨而成的三組分載體等四種載體，并將其分別制備成鉑基氧化型催化劑。研究發現：各載體組分間具有較強的協同作用，三組分載體比單組份載體對可溶性有機物具有更好的催化氧化性能。而各載體負載Pt后再混合制得的催化劑對SOF、HC/CO的催化氧化性能均要比各載體機械混合再負載Pt制得的催化劑的高，高比表面的分子篩有利于Pt的分散，從而有利于對CO、HC的催化氧化。但僅是機械混合的CeO₂-ZrO₂-SiO₂-Al₂O₃載體并不能完全滿足機動車尾氣凈化催化劑的耐高溫，耐老化的要求，需要進一步得到均一穩定的復合氧化物以提高載體及催化劑的催化性能(韓玉惜.輕型柴油車尾氣氧化催化劑中鈰鋯復合氧化物/氧化鋁/分子篩材料催化性能的研究[D].浙江.浙江工業大學,2012.)。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供了一種高性能鈰鋯硅復合氧化物儲氧材料及其制備方法。本發明利用硅溶膠作為硅源，無機鈰源和無機鋯源作為前驅體，通過水熱法合成鈰鋯硅復合金屬鹽溶液，高溫焙燒后得到高比表面積、高儲氧量和孔容大的復合氧化物儲氧材料，同時純度高、粒徑小、分散性好；同時其制備方法能耗小，且能避免高溫灼燒處理帶來的粉末硬團聚。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

一種高性能鈰鋯硅復合氧化物儲氧材料，其分子式為Ce0_0.3-0.7Zr_0.3-0.7O₂-SiO₂。

所述鈰鋯硅復合氧化物儲氧材料的比表面積大于250m²/g，顆粒直徑小于20nm，儲氧量最大值為709.6μmol/g。