[發(fā)明專利]一種高性能鈰鋯固溶體材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611110630.X
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN106732521B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐華龍;黃鎮(zhèn);沈偉;黃亮;趙培
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01D53/94;B01D53/72;B01D53/62;B01D53/56;C01G25/00
• 代理公司: 31200 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發(fā)明屬于固體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種高性能鈰鋯固溶體材料的制備方法。本發(fā)明采用噴霧加料的方式，將金屬鈰鹽、金屬鋯鹽、沉淀劑以及表面活性劑進(jìn)行均勻混合，并通過調(diào)節(jié)加料速率，利用溶液中產(chǎn)生的晶種誘導(dǎo)沉淀物的生成，最后經(jīng)過水熱陳化及焙燒過程，得到鈰鋯復(fù)合材料。本發(fā)明通過噴霧進(jìn)料的方式以及對加料速度的控制，利用沉淀前期溶液中產(chǎn)生的微小晶種誘導(dǎo)了沉淀物的形成，提高了沉淀過程的均勻性，從而促進(jìn)鈰鋯固溶體的形成。該方法制備過程簡單，生產(chǎn)成本低廉，所制備的鈰鋯固溶體具有結(jié)構(gòu)均一、粒徑小、比表面積大、穩(wěn)定性好等特點，同時具有優(yōu)良的儲/放氧性能，是一種具有大規(guī)模生產(chǎn)和工業(yè)應(yīng)用前景的高性能鈰鋯固溶體材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固體材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高性能鈰鋯固溶體材料的制備方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，使汽車制造業(yè)進(jìn)入全新的時代，汽車也成為全球各國交通運輸?shù)闹匾M成部分。然而，汽車尾氣中的HC、CO和NO_x卻成為大氣污染的主要來源之一。隨著人們對環(huán)境保護(hù)的日益重視，世界各國對于汽車尾氣的排放標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格。目前，汽車尾氣處理采用的是催化氧化還原技術(shù)，使用貴金屬負(fù)載的陶瓷蜂窩作為催化劑。其中，氧化鈰作為一種稀土氧化物，其螢石晶體結(jié)構(gòu)中同時存在+3價和+4價鈰離子，具有優(yōu)異的氧化還原性能以及儲氧-釋氧性能，因而被廣泛應(yīng)用于制備汽車尾氣處理催化劑。但是，單獨的氧化鈰熱穩(wěn)定性不足，在高溫條件下容易發(fā)生燒結(jié)而使其應(yīng)用性能下降。研究發(fā)現(xiàn)，對氧化鈰進(jìn)行金屬離子摻雜，特別是金屬鋯（Zr⁴⁺）的摻雜，不但可以提高氧化鈰的儲放氧性能，還可以增強(qiáng)其熱穩(wěn)定性，抑制高溫條件導(dǎo)致的比表面積收縮，在用于汽車尾氣催化劑時可以有效地應(yīng)對因空燃比引起的波動，擴(kuò)大尾氣處理的操作窗口，有利于提高催化劑的使用效率。

鈰鋯固溶體的性能主要受晶粒大小、晶相組成以及摻雜濃度等因素影響。目前，制備鈰鋯固溶體的方法主要有：溶膠–凝膠法、化學(xué)燃燒法、微乳液法以及共沉淀法等。利用溶膠-凝膠法、化學(xué)燃燒法、微乳液法等方法制備出的固溶體晶粒可以達(dá)到幾個納米大小，具有較大的比表面積和較好的性能。例如，Liotta等人（Journal of Sol-Gel Science andTechnology，2003，28，119）利用溶膠-凝膠法制備的鈰鋯固溶體材料，經(jīng)過700℃焙燒8h后的比表面積可以達(dá)到84m²/g，且儲氧量可以達(dá)到167 mmolO₂/molCeO₂。Reddy等人則采用微波輔助的化學(xué)燃燒法制備的鈰鋯固溶體比表面積也可以達(dá)到56m²/g（化學(xué)燃燒過程中固體表面的溫度可能達(dá)到1000℃）。然而，在實際生產(chǎn)過程中共沉淀法因工藝簡單，容易操作而被廣泛，但其制備的鈰基固溶體材料通常晶粒較大且晶相分布不均勻，導(dǎo)致比表面積小，催化活性較低。García- García等（Journal of Material Science，2012，47，3204）利用常規(guī)的氨水共沉淀法制備的鈰鋯固溶體在經(jīng)過1000℃焙燒后比表面積僅為3m²/g。而中國專利（公開號：CN1403377A）通過嚴(yán)格控制沉淀的pH值和反應(yīng)時間，并在反應(yīng)體系中加入表面活性劑十二烷基磺酸鈉，可以有效的增加產(chǎn)品的穩(wěn)定性，其制備出的鈰鋯固溶體材料在經(jīng)過1000℃焙燒4h后的比表面積可以到達(dá)30m²/g以上。因此，對共沉淀法制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到具有高穩(wěn)定性和高儲放氧性能的鈰鋯固溶體對于該材料的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有高穩(wěn)定性和高儲放氧性能的鈰鋯固溶體材料的制備方法，本發(fā)明提供的鈰鋯固溶體材料的制備方法，對進(jìn)料方式進(jìn)行優(yōu)化，具體采用二流體噴霧進(jìn)料的方式，并對進(jìn)料速率加以控制，利用沉淀前期產(chǎn)生的晶種誘導(dǎo)沉淀前驅(qū)體的均勻聚集過程，促進(jìn)了鈰鋯固溶體的形成；同時簡化了操作過程，提高了生產(chǎn)效率；所制備的鈰鋯固溶體具有更高的熱穩(wěn)定性及儲放氧性能，應(yīng)用于汽車尾氣催化劑中能夠使催化劑具有更高的活性和穩(wěn)定性。

本發(fā)明提供的鈰鋯固溶體材料的制備方法，具體步驟如下：