[發(fā)明專利]一種鈰鋯復(fù)合氧化物擔(dān)載鉑的催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710062708.3
• 申請(qǐng)日: 2017-01-24
• 公開（公告）號(hào): CN106824187B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韋岳長(zhǎng);趙震;熊靖;趙一龍;劉堅(jiān)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)(北京)
• 主分類號(hào): B01J23/63
• 分類號(hào): B01J23/63;F01N3/28
• 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: 姚亮

本發(fā)明涉及一種鈰鋯復(fù)合氧化物擔(dān)載鉑的催化劑及其制備方法和應(yīng)用。該催化劑以納米棒結(jié)構(gòu)的鈰鋯復(fù)合氧化物為載體，以鉑為活性擔(dān)載組分，所述鉑以單原子或納米顆粒的形式擔(dān)載在所述鈰鋯復(fù)合氧化物的表面。該催化劑能夠提高對(duì)機(jī)動(dòng)車排放的顆粒物催化氧化活性，尤其是低溫的催化活性以滿足機(jī)動(dòng)車?yán)鋯?dòng)的要求。該方法簡(jiǎn)單易行，貴金屬的用量少，因此，可以應(yīng)用在炭煙顆粒物的燃燒中，特別是應(yīng)用在機(jī)動(dòng)車排放的炭煙顆粒物的燃燒中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈰鋯復(fù)合氧化物擔(dān)載鉑的催化劑及其制備方法和應(yīng)用，該催化劑用于凈化機(jī)動(dòng)車排放炭煙顆粒物，屬于催化氧化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相比于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)具有高的燃油效率、低CO₂排放、高耐久性的特點(diǎn)，因而對(duì)現(xiàn)代社會(huì)具有重要的作用，被廣泛應(yīng)用在機(jī)動(dòng)車、船只以及大型機(jī)械上。然而柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的主要排放物碳煙顆粒物(PM)對(duì)大氣環(huán)境造成的污染日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境和人體健康。機(jī)動(dòng)車排放的污染物是城市大氣PM2.5的主要來源之一，尤其是在大城市中，由機(jī)動(dòng)車所排放的顆粒物、VOC、多環(huán)芳烴、SO₂、NOx以及金屬離子等為PM2.5的主要組成成份。因此，降低PM排放是柴油車尾氣催化凈化的重要任務(wù)，開展這方面的研究具有重要的環(huán)境保護(hù)意義。

提高機(jī)動(dòng)車尾氣排放的顆粒物(PM)凈化用催化劑的活性，降低顆粒物的燃燒溫度，從而使顆粒物捕集器能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，是減少機(jī)動(dòng)車排放顆粒物最直接的方法。多類催化劑已被研究證實(shí)對(duì)炭煙催化燃燒具有良好的效果，如堿金屬氧化物、過渡金屬氧化物、鈣鈦礦型氧化物、擔(dān)載貴金屬的復(fù)合氧化物以及鈰基氧化物。貴金屬具有最佳的催化活性，一般將其以納米顆粒的形式分散于載體上來合成催化劑。鈰基氧化物催化劑中的鈰鋯復(fù)合氧化物具有良好的氧化還原能力，鈰離子能在Ce³⁺和Ce⁴⁺兩種氧化態(tài)間靈活轉(zhuǎn)化，具有良好的儲(chǔ)放氧作用，在催化反應(yīng)中起到了氧緩沖器的作用。另外，向鈰鋯復(fù)合氧化物的骨架結(jié)構(gòu)中摻雜過渡金屬元素能提高鈰基催化劑的熱穩(wěn)定性以及氧空缺位的數(shù)量，因而能進(jìn)一步提高催化劑的反應(yīng)活性。

由于炭煙顆粒催化燃燒消除反應(yīng)是一個(gè)氣-固(顆粒物)-固(催化劑)三相復(fù)雜的深度氧化反應(yīng)過程，催化劑活性的提高不僅與氧化物催化劑本身的氧化還原性能密切相關(guān)，同時(shí)還與固體催化劑和PM的接觸程度密切相關(guān)。同一活性組分的催化劑，與顆粒物的接觸能力越高，活性越好。利用合適的方法調(diào)變鈰鋯復(fù)合氧化物載體的形貌結(jié)構(gòu)具有重要的意義。不同形貌的鈰鋯復(fù)合氧化物載體能夠暴露不同的活性晶面，形成不同的活性物種，因而具有不同的反應(yīng)活性。金屬氧化物的特定晶面還能影響表面氧空位的形成能，理論計(jì)算結(jié)果表明，鈰鋯復(fù)合氧化物的{111}，{110}和{100}晶面具有不同的穩(wěn)定性和氧空位形成能，并且與吸附分子間的相互作用也大不相同。

目前已存在的有關(guān)擔(dān)載貴金屬催化劑的制備方法有浸漬法、共沉淀法、沉積沉淀法、離子交換法、光化學(xué)沉積法、化學(xué)蒸發(fā)沉積法、金屬有機(jī)絡(luò)合物固載法及共濺鍍法等。這些方法各有特點(diǎn)，但也存在著貴金屬顆粒不易分散均勻、擔(dān)載顆粒尺寸難以保持均一的共性缺點(diǎn)。例如，貴金屬顆粒不易均勻擔(dān)載在大孔載體的內(nèi)表面上，使得塊體催化劑貴金屬顆粒尺寸分布不均，影響催化活性的評(píng)價(jià)；催化劑使用過程中，高溫的條件下，貴金屬活性組分易于團(tuán)聚造成催化劑活性下降，催化劑的穩(wěn)定性降低；貴金屬的用量較高，造成目前機(jī)動(dòng)車尾氣凈化裝置的價(jià)格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種鈰鋯復(fù)合氧化物擔(dān)載鉑的催化劑及其制備方法，該催化劑能夠提高對(duì)機(jī)動(dòng)車排放的顆粒物催化氧化活性，尤其是低溫的催化活性以滿足機(jī)動(dòng)車?yán)鋯?dòng)的要求。該方法簡(jiǎn)單易行，貴金屬的用量少。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種鈰鋯復(fù)合氧化物擔(dān)載鉑的催化劑，該催化劑以納米棒結(jié)構(gòu)的鈰鋯復(fù)合氧化物為載體，以鉑為活性擔(dān)載組分，鉑以單原子或納米顆粒的形式擔(dān)載在鈰鋯復(fù)合氧化物的表面。