[發明專利]一種納米稀土摻雜的蜂窩催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201710319611.6
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107159304A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 韓建;崔龍;張克金;于力娜;張斌;劉國軍
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: B01J29/46
• 分類號: B01J29/46;B01J29/76;B01J29/85;B01D53/94;B01D53/56
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司22100
• 代理人: 王薇

技術領域

本發明涉及一種納米稀土摻雜的蜂窩催化劑及其制備方法，屬于柴油車尾氣凈化領域，其中特別用于根據選擇性催化還原方法的氮氧化物還原，即用含氮還原劑的氮氧化物還原。

背景技術

氮氧化物（NOx）是大氣的主要污染物之一，其中NO和NO2所占的比例最大。伴隨著我國經濟的高速發展，對能源的需求日益增長，NOx的排放量也在急劇的增長。柴油車是NOx的主要排放源之一，NOx排放控制已成為環境保護中一個非常令人關注的課題。目前，NH3—SCR技術是唯一被商業化應用技術。NH3—SCR技術是利用NH3或尿素作為還原性物質，在一定溫度和催化劑作用下，選擇性的優先將NOx還原為N2和H2O。SCR技術所用排氣凈化裝置主要由載體和催化劑兩部分構成，催化劑載體的性能好壞，對催化劑活性和壽命影響極大，而陶瓷蜂窩載體在尾氣凈化領域已被廣泛應用。

目前SCR整體式蜂窩催化劑主要分為涂覆式和共混擠出式兩種。共混擠出成型法制備蜂窩催化劑是將催化劑與一定的添加劑混合，通過一系列的工藝步驟擠壓成蜂窩狀，即催化劑均勻的分布于載體的各個部分，此種方法縮短了SCR整體式蜂窩催化劑制備工藝流程，彌補了傳統涂覆式整體催化劑涂層脫落的問題，提高了整體式SCR催化劑的耐久里程。

申請公布號為CN201410427461.7的專利公開了一種以V2O5為活性組分的共混擠出式低溫煙氣脫銷催化劑的成型工藝，申請公布號為CN 103842076A的專利公開了一種共混擠出式蜂窩催化劑，這種蜂窩催化劑的活性組分可包括V2O5、過渡金屬氧化物或是Cu/Fe沸石，或是其中一種以涂覆的方式涂覆到擠出蜂窩催化劑表面。然而以上兩個專利均未考慮蜂窩催化劑在高溫水熱條件下的穩定性問題以及V2O5的高毒性問題，且以上兩個專利中的蜂窩催化劑的活性組分均布于蜂窩體的各個部分，勢必造成催化劑的浪費。本發明的設計思路在于解決催化活性組分浪費以及Cu-沸石催化劑高溫水熱性差的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種納米稀土摻雜的蜂窩催化劑及其制備方法，其具有較好的耐高溫水熱穩定性且使用的是非釩基活性組分，解決了Cu-沸石耐高溫水熱穩定性差和釩基催化劑高毒性問題。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種納米稀土摻雜的蜂窩催化劑及其制備方法，其特征在于其制備步驟，具體步驟如下：

第一步，按照一定的質量比將高嶺土、沸石、硅溶膠、CMC、桐油、PEG、納米稀土氧化物等原料進行混合捏泥，高嶺土占蜂窩陶瓷無機組分的30wt%~60wt%；沸石占蜂窩體無機組分的5wt%~30wt%，沸石為ZSM-5；納米稀土氧化物為氧化鑭，納米稀土氧化物占無機組分的1wt%~3wt%；硅溶膠占蜂窩體無機組分的10wt%~30wt%。CMC、桐油、PEG作為蜂窩載體無機部分的追加組分，CMC的加入量為無機組分的1wt%~4wt%；桐油的加入量為無機組分的1wt%~4wt%；PEG的加入量為無機組分的1wt%~4wt%；

混合捏泥后形成具有一定可塑性的泥團，將泥團置于液壓擠出機中擠出成型，得到具有蜂窩體結構的濕坯。然后將蜂窩體濕坯干燥、燒結得到整體式蜂窩體。液壓擠出機的擠出壓力控制在15~25MPa，干燥的方式可以陰干，即在15℃~30℃的條件下，干燥7天~30天；也可采用微波方式干燥，即微波爐調至中檔，干燥5~10min，或是微波爐調至高檔，干燥1~5min；也可將蜂窩體濕坯裝置于帶有許多小孔的塑封袋中，置于40~70℃的烘箱中，干燥處理4~12h。蜂窩體的燒結為置于450℃~600℃的馬弗爐中燒結2~6h。

第二步，首先按照1L去離子水中加入0.94g~18.8g硝酸銅的比例配置銅離子溶液，硝酸銅溶液中的銅離子濃度為0.005mol/L~0.10mol/L。然后將第一步中所制得的蜂窩體置于硝酸銅溶液中，其中蜂窩載體的質量與硝酸銅溶液體積的比值為50~60g/L，即1kg的蜂窩體需要16~20L的硝酸銅溶液。接下來，將放置有蜂窩的硝酸銅溶液置于60℃~90℃的水浴中攪拌10h~18h。隨后將蜂窩體從硝酸銅溶液中取出，并用去離子水清洗3~4次，然后將蜂窩體放置于烘箱中于90℃~110℃下干燥6~12h，接下來將其放入馬弗爐中在450~550℃條件下燒結2h~6h，從而得到蜂窩催化劑。

所述的沸石可由ZSM-5替換為SAPO-34或SSZ-13。

所述的納米稀土氧化物可由氧化鑭替換為氧化鈰或是氧化鑭與氧化鈰等比例混合物。