[發明專利]一種炭煙燃燒的催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201911283480.6
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN111068710A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 韋岳長;梅雪壘;張鵬;俞旗;趙震;劉堅
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;B01J23/83;B01J37/02;B01J37/08;B01J35/10;B01J37/10;F01N3/20;B01D53/94;F23G7/07
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 張麗麗;韓蕾

本發明提供了一種炭煙燃燒的催化劑及其制備方法和應用。該制備方法包括：配制含有金屬離子與檸檬酸的前驅體溶液；將膠體晶體模板浸漬于前驅體溶液中，在35℃?40℃、真空下陳化38h?48h，洗滌、干燥，得到有前驅物的模板；將有前驅物的模板在有氧條件下以1℃/min?2℃/min的速度升溫至600℃?650℃，保持4h?6h，自然降溫，得到炭煙燃燒的催化劑。由本發明的上述制備方法得到的催化劑的微觀形貌完美，大孔排列有序，可有效提高催化劑與炭煙的接觸面積，有效催化炭煙顆粒物的燃燒。

技術領域

本發明涉及一種催化劑，尤其涉及一種用于催化炭煙顆粒燃燒的催化劑，屬于催化劑制備技術領域。

背景技術

柴油發動機具有高的燃油效率、低CO₂排放、高耐久性的特點，因而對現代社會具有重要的作用，被廣泛應用在機動車、船只以及大型機械上。然而柴油發動機的主要排放物碳煙顆粒物(PM)和NO_x對大氣環境造成的污染日趨嚴重，嚴重威脅生態環境和人體健康。機動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，由機動車所排放的顆粒物、VOC、多環芳烴、SO₂、NO_x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，開展這方面的研究具有重要的環境保護意義。

催化炭煙深度氧化燃燒是消除炭煙顆粒物排放的最有效手段，多類催化劑已被研究證實對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、擔載貴金屬的復合氧化物以及鈰基氧化物。貴金屬具有最佳的催化活性，但由于價格昂貴且資源有限，因為尋找替代類催化劑迫在眉睫。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于催化炭煙顆粒物燃燒的催化劑。

本發明的另一目的在于提供一種上述炭煙顆粒物燃燒催化劑的制備方法。

本發明的再一目的在于提供一種上述炭煙顆粒物燃燒催化劑在炭煙顆粒物催化燃燒中的應用。

為了實現上述目的，本發明首先提供了一種炭煙燃燒的催化劑的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

配制含有金屬離子與檸檬酸的前驅體溶液；

將膠體晶體模板浸漬于前驅體溶液中，在35℃-40℃、真空下陳化38h-48h，洗滌、干燥，得到有前驅物的模板；每10mL前驅體溶液浸漬3g-8g膠體晶體模板；

將有前驅物的模板在有氧條件下以1℃/min-2℃/min的速度升溫至600℃-650℃，保持4h-6h，自然降溫，得到炭煙燃燒的催化劑。

本發明的炭煙燃燒的催化劑的制備方法，以離心組裝的聚丙烯酸甲酯微球為膠體晶體模板，以檸檬酸絡合物為前驅體溶液，將膠體晶體模板浸漬于前驅體溶液之中，經熱處理得到炭煙燃燒的催化劑，該催化劑具有豐富、有序、連通的孔道結構，有利于反應物(炭煙顆粒)分子的吸附與擴散，極高的比表面積提供了大量的氧活性位點，有利于氣體分子NO_X和CO的深度氧化。

本發明的炭煙燃燒的催化劑的制備方法，包括制備含有金屬離子與檸檬酸的前驅體溶液的步驟。

在本發明的一具體實施方式中，前驅體溶液按照以下步驟制備得到：

將(y-x)mol的硝酸鑭、xmol的硝酸鉀、0.5ymol的硝酸B及0.5ymol的硝酸B’混合，制備總金屬離子濃度為2y mol/L的水溶液，再加入檸檬酸(固體)，在15℃-40℃水浴下攪拌2h以上至溶液澄清，得到前驅體溶液，其中，x＝0.05y至0.50y，y＝0.1-1。

具體地，這里的硝酸B為Mn或Ni的硝酸鹽，硝酸B’為Mn、Fe、Co、Ni、Cu中的任意一種的硝酸鹽。

具體地，檸檬酸與總金屬離子的摩爾比為0.5-1.5：1。