[發(fā)明專利]一種納尺度鈰錳鉀復(fù)合氧化型催化劑的制備方法及其應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910323452.6
• 申請(qǐng)日: 2019-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN110124662A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐程;劉軍恒;孫平;嵇乾;王天婷;黃超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/34
• 分類號(hào): B01J23/34;B01J37/10;B01J37/08;B82Y30/00;B82Y40/00;B01D53/94;B01D53/56;F01N3/035
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本發(fā)明屬于催化材料技術(shù)領(lǐng)域和發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米尺度鈰錳鉀復(fù)合氧化型催化劑的制備方法及其應(yīng)用；具體步驟為：先將固體檸檬酸加入蒸餾水中，再加入硝酸鈰、硝酸錳和硝酸鉀，得到混合液，放入集熱式恒溫加熱磁力攪拌器中，在一定溫度下水浴攪拌，直至溶液變成淡黃色膠體；然后進(jìn)行干燥后得到白色固體，再放入馬弗爐內(nèi)焙燒，得到黑色固體，進(jìn)行研磨，得到納尺度鈰錳鉀復(fù)合氧化型催化劑；本發(fā)明制備的催化劑具有價(jià)格低廉、活性高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，其中K和Mn產(chǎn)生協(xié)同作用，形成具有更高催化活性的熔鹽催化劑活性組分；催化劑負(fù)載在柴油機(jī)顆粒捕集器上，裝在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管后，用于降低柴油機(jī)燃燒產(chǎn)生的碳煙和氮氧化合物。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化材料技術(shù)領(lǐng)域和發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米尺度鈰錳鉀復(fù)合氧化型催化劑的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

氮氧化合物(NO_x)和顆粒(PM)是柴油機(jī)的主要排放產(chǎn)物，嚴(yán)重危害著人類的生存環(huán)境和身體健康。由于在柴油機(jī)中碳?xì)浠衔?HC)和一氧化碳(CO)比排放量很少且較容易降低，因此當(dāng)前研究的重點(diǎn)應(yīng)放在如何有效地去除NOx和PM。柴油機(jī)NO_x和PM的排放量呈現(xiàn)此消彼長(zhǎng)的趨勢(shì)，很難直接通過柴油機(jī)的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)同時(shí)將兩者去除，那就需要通過對(duì)柴油機(jī)機(jī)外凈化技術(shù)的研究，才能進(jìn)一步減少NO_x和PM的排放，滿足最新排放法規(guī)的要求。

被動(dòng)再生技術(shù)是運(yùn)用化學(xué)催化的方法來降低柴油機(jī)顆粒氧化所需的活化能，降低顆粒著火溫度，使顆粒能夠由柴油機(jī)自身排氣溫度氧化掉，從而實(shí)現(xiàn)DPF(顆粒捕捉器)再生，此外，在DPF內(nèi)涂敷合適的催化劑還可還原排氣中的NO_x，最終達(dá)到同時(shí)降低柴油機(jī)排放物PM與NO_x的目的，因此選擇活性較高的催化劑是被動(dòng)再生技術(shù)的關(guān)鍵。Ce元素作為一種廉價(jià)且無毒的稀土金屬元素，其氧化物CeO₂已成為當(dāng)前催化劑材料研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。由于Ce元素主要有+3價(jià)態(tài)和+4價(jià)態(tài)，在實(shí)際過程中可以通過兩種離子狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換儲(chǔ)藏和釋放大量的游離氧，可以大大提高催化劑氧化碳煙顆粒的催化活性；而Mn元素的滲入不僅沒有改變?cè)芯w的立方結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)依舊穩(wěn)定，而且通過鈰錳元素間的相互作用，晶體的比表面積變大，有效抑制了晶體粒徑生長(zhǎng)。

鈰錳復(fù)合氧化物因?yàn)槠渚哂刑厥獾拇呋阅埽虼耸艿絿鴥?nèi)外學(xué)術(shù)圈和工程應(yīng)用的廣泛關(guān)注。當(dāng)前鈰錳復(fù)合氧化物在制備方法、制作工藝上操作復(fù)雜，難以大規(guī)模生產(chǎn)；另一方面鈰錳催化劑熔點(diǎn)較高，在實(shí)際工作過程中很難達(dá)到最理想的狀態(tài)。如現(xiàn)有技術(shù)報(bào)道的一種球狀鈰錳復(fù)合氧化物，在200℃以下對(duì)氮氧化合物有一定的催化效果，但依然不能從根本上改變不了鈰基催化劑比表面積小、氧化還原能力相對(duì)較弱的問題；經(jīng)過進(jìn)一步的研究，制備了一種鋯參雜鈰錳氧化物，鋯元素的參雜改善了鈰基催化劑比表面積小的問題，提高了晶格間氧元素的流動(dòng)，但金屬鋯熔點(diǎn)較高，制備出來的催化劑熔點(diǎn)也較高，若能進(jìn)一步想方設(shè)法降低催化劑的熔點(diǎn)，使催化劑工作時(shí)處于熔融狀態(tài)，則能進(jìn)一步提高催化劑的催化效率，并且鋯元素價(jià)格較為昂貴，不利于大規(guī)模生產(chǎn)使用；還有文獻(xiàn)報(bào)道了一種3DOM擔(dān)載鉀錳鈰復(fù)合氧化物的催化劑，其制備方法復(fù)雜，流程繁瑣，制備周期較長(zhǎng)，同樣不利于大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在解決所述問題之一，提出一種納尺度鈰錳鉀復(fù)合氧化型催化劑的制備方法，方法簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉，具有很好的催化活性和穩(wěn)定性；將該催化劑負(fù)載在柴油機(jī)顆粒捕捉器上開發(fā)成催化型顆粒捕集器(CDPF)，能夠有效地同時(shí)去除NO_x和PM。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的具體步驟如下：

(1)先將固體檸檬酸加入蒸餾水中，然后再加入硝酸鈰(Ce(NO₃)₃·6H₂O)、硝酸錳(Mn(NO₃)₂)和硝酸鉀(KNO₃)，得到混合液；將混合液放入集熱式恒溫加熱磁力攪拌器中，在一定溫度下水浴攪拌，直至溶液變成淡黃色膠體；