[發(fā)明專利]一種鉀負載型碳煙燃燒催化劑及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106799225B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發(fā)明（設計）人: 趙晗;周曉霞;王敏;潘琳鈺;陳航榕;施劍林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;B01J23/889;F01N3/023
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

本發(fā)明涉及一種鉀負載型碳煙燃燒催化劑及其制備方法和應用，所述催化劑為鉀負載過渡金屬氧化物型催化劑，所述催化劑為形狀不規(guī)則的納米顆粒形貌，粒徑分布為20～1000 nm，所述鉀負載型碳煙燃燒催化劑中K的含量不超過20 wt%，所述鉀負載型碳煙燃燒催化劑含有過渡金屬Mn。本發(fā)明利用非常簡單廉價的方法，獲得了高活性的碳煙燃燒催化劑。所述的共沉淀法便于操作及放大生產，原料廉價易得，無需專業(yè)設備，具有極大的產業(yè)化應用前景。

技術領域

本發(fā)明屬于催化材料技術領域，具體涉及用于柴油車尾氣凈化的一種鉀負載型碳煙燃燒催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

柴油車由于其經濟、熱效高以及航程長等優(yōu)勢而在實際生活中得到廣泛的應用。然而，柴油機排放的顆粒物(PM，主要為碳黑顆粒)和氮氧化物嚴重危害了環(huán)境和人類，因此，高效的后處理凈化工藝勢在必行。通常，一個微粒過濾器(DPF)被用來收集柴油車尾氣中的碳黑顆粒，收集的碳黑顆粒可以在一個相當高的溫度(>600℃)被O₂氧化。然而，柴油機的排氣溫度一般在150到400℃，其較低的溫度難以讓尾氣中的碳黑顆粒得以燃燒，長期使用后導致DPF失活。因此，開發(fā)一種高效的催化劑，使碳黑顆粒在較低的溫度下完全氧化是一項迫在眉睫的工作。

常見的用于碳煙顆粒氧化的催化劑，如：CeO₂基化合物、鈣鈦礦氧化物、貴金屬基催化劑等，或是因為缺乏多孔結構而不利于活性位點與碳顆粒的接觸進而導致催化劑活性過低，或是因為多孔結構的制備成本過于高昂，或是因為貴金屬的高成本和易中毒性，從而不利于碳煙顆粒氧化催化劑的規(guī)模應用。因此急需一種簡單廉價的制備方法來得到非貴金屬基高活性催化劑。

發(fā)明內容

針對現有技術的不足，本發(fā)明目的在于提供一種鉀負載型碳煙燃燒催化劑及其制備方法和應用。

一方面，本發(fā)明提供了一種鉀負載型碳煙燃燒催化劑，所述催化劑為鉀負載過渡金屬氧化物型催化劑，所述催化劑為形狀不規(guī)則的納米顆粒形貌，粒徑分布為20～1000nm，所述鉀負載型碳煙燃燒催化劑中K的含量不超過20wt％，所述鉀負載型碳煙燃燒催化劑含有過渡金屬Mn。

本發(fā)明所述材料晶化良好，活性優(yōu)異，而且有較好的循環(huán)使用性能，在固體污染物的燃燒降解方面有潛在應用前景。

較佳地，所述鉀負載型碳煙燃燒催化劑還含有過渡金屬Cu，所述過渡金屬Cu和Mn的摩爾比例不超過0.7。

較佳地，所述催化劑的比表面積為5～20m²/g，孔徑大小為20～120nm，孔容為0.02～0.20cm³/g。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種鉀負載型碳煙燃燒催化劑的制備方法，包括：

將含有錳鹽和銅鹽的溶液A和堿性溶液B混合后攪拌一定時間，再經離心水洗、干燥后得到干燥產物；

將干燥產物加入到鉀鹽溶液中，在50～90℃下蒸干后得到混合粉體；

將所得混合粉體在400～600℃下煅燒1～5小時，得到所述鉀負載型碳煙燃燒催化劑。

本發(fā)明結合共沉淀法和浸漬法制備所述鉀負載型碳煙燃燒催化劑。具體來說，先將將含有錳鹽和銅鹽的溶液A和堿性溶液B混合，發(fā)生反應產生沉淀物質，再經離心、干燥后得到干燥產物。將所得干燥產物與鉀鹽溶液均勻混合，在低溫(50～90℃)下反應得到產物(混合粉體)，該過程中鉀鹽負載到了粉體(所謂干燥產物)上，此過程中不使用任何有機物，經煅燒后晶化良好、催化活性高的鉀負載型碳煙燃燒催化劑。該方法成本低廉，產率高效，無需專業(yè)設備，具有極大的產業(yè)化生產價值。

較佳地，所述錳鹽為Mn的硝酸鹽、醋酸鹽、硫酸鹽、氯化物中的至少一種，所述銅鹽為Cu的硝酸鹽、醋酸鹽、硫酸鹽、氯化物中的至少一種，所述溶液A的中金屬離子的摩爾濃度為0.01～0.50mol/L，優(yōu)選為0.10～0.30mol/L。