[發明專利]一種鉀鈰復合氧化物催化劑及制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011050223.0
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112121783A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 段林海;孟秀紅;段曉靜;張尤華;秦慧博;楊萍
• 申請（專利權）人: 廣東石油化工學院
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01J35/10;F01N3/10
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 劉興亮

本發明公開了一種鉀鈰復合氧化物催化劑及制備方法和應用，取鉀、鈰前驅體混合；加入適量檸檬酸和去離子水，將以上各物質在電磁攪拌器中混合均勻形成混合溶液；混合溶液于350?550℃的焙燒溫度下焙燒0.5?2h，冷卻后研磨即得鉀鈰復合氧化物催化劑。本發明在400℃下焙燒獲得的鉀鈰前驅體摩爾比1:1的鉀鈰復合氧化物催化劑結晶度最高，同時催化活性最高，可以使碳黑顆粒物的起燃溫度降低，對柴油機尾氣中碳黑顆粒物的有更好的催化氧化性能，比傳統催化劑有很大提高；比固相離子交換法、液相離子交換法和超聲波分散法焙燒溫度低300℃以上，較低的焙燒溫度既可以減少鉀離子的損失，又可以減少能量的消耗，另外步驟少，操作簡單，制備周期短，便于實現工業化。

技術領域

本發明涉及金屬氧化物催化劑技術領域，特別是一種鉀鈰復合氧化物催化劑及制備方法和應用。

背景技術

油機尾氣中一氧化碳和和烴類的含量均較低，氮氧化物的含量與汽油機尾氣相近，但是碳黑顆粒物的含量遠遠高于汽油機尾氣，碳黑顆粒物(particulate matter，PM)一般粒徑小于1微米，其中含有一百個左右的碳原子和約十倍的氫原子。因此碳黑顆粒物的形成必然經過高溫熱解和脫氫過程，關于碳黑顆粒物的生成機理，目前認為有三種觀點：

1.柴油在高溫下進行熱裂解和脫氫反應形成簡單的烴類，再聚合和脫氫后生成C原子，聚合形成固體碳核；

2.柴油先團聚形成小液滴，繼而發生熱裂解反應，產生碳核；

3.以上兩種觀點兼而有之，即在火焰中同時發生以上兩種過程。

由于碳黑顆粒物的粒徑小，比表面積大，易吸附有機物和重金屬，通過人們的呼吸進入人體并不斷累積，必將威脅人體健康。特別是粒徑小于100nm的PM能夠穿透細胞膜，進入人體循環系統，還可導致遺傳性突變。

因此，控制碳黑顆粒物的排放成了控制大氣污染問題的重中之重。

目前，最成熟的柴油機尾氣后處理技術是顆粒捕集器(PM過濾器)，是通過過濾層將汽車尾氣中碳黑顆粒物過濾收集起來，凈化效果較好。但是使用一段時間的使用后，微粒的積聚會阻塞過濾網，引起發動機動力性和經濟性變差，因此此項技術能否實現應用的關鍵在于能否實現顆粒捕集器的周期性再生。但是無催化劑時低于500℃碳黑顆粒物無法發生氧化反應，而汽車行駛過程中柴油機的溫度遠低于500℃。所以急需一種能夠在低溫下催化氧化碳黑顆粒，從而實現顆粒捕集器再生的催化劑。而目前，最常用的用復合金屬氧化物來制備復合氧化物催化劑催化柴油機尾氣中碳黑顆粒物的氧化。

盡管各國科學家已經耗費三十余年的潛心研究，至今尚未找到一種同時兼具價格低廉，來源廣泛，活性高，穩定性強，污染性小等諸多優點的催化劑。雖然很多種類的催化劑結構和活性已經被充分的研究，催化機理也得到了一定程度的解釋，但是仍然存在不同的缺點，都還與實際柴油機尾氣的凈化處理有一定的差距。從環境，健康和經濟等方面綜合考慮，對于消除汽車尾氣中炭煙顆粒物的催化氧化催化劑的研究迫在眉睫。

發明內容

本發明的目的是要解決現有技術中存在的不足，提供一種鉀鈰復合氧化物催化劑及制備方法和應用。

為達到上述目的，本發明是按照以下技術方案實施的：

一種鉀鈰復合氧化物催化劑的制備方法，包括以下步驟：

S1、取鉀前驅體和鈰前驅體混合，其中鉀前驅體和鈰前驅體的摩爾比為(1-3)：1；

S2、然后加入適量檸檬酸和去離子水，將以上各物質在電磁攪拌器中混合均勻形成混合溶液；

S3、將上述混合溶液于350-500℃的焙燒溫度下焙燒0.5-2h，冷卻后研磨即得鉀鈰復合氧化物催化劑。

優選地，所述鉀前驅體為硝酸鉀KNO₃、醋酸鉀CH₃COOK和氫氧化鉀KOH中的一種。