[發明專利]一種以CeZrK/rGO納米固溶體為主要成分的催化劑

有效

• 申請號: 202011489644.3
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112516988B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 李玉強;吳鋼
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B01J23/10
• 分類號: B01J23/10;B01J35/10;F01N3/28
• 代理公司: 長沙惟盛赟鼎知識產權代理事務所(普通合伙) 43228
• 代理人: 黃敏華

本發明提供一種以CeZrK/rGO納米固溶體為主要成分的催化劑，該催化劑的活性組分為CeZrK/rGO納米固溶體；所述CeZrK/rGO納米固溶體由以石墨烯為載體的鈰離子(Ce⁴⁺)、鋯離子(Zr⁴⁺)和鉀離子(K⁺)的球形金屬氧化物納米粒子構成。本發明具有低反應溫度、高催化活性、易合成、成本低和熱穩定性好的特點，能夠填補現有技術中催化劑存在的不足。

技術領域

本發明具體涉及一種以CeZrK/rGO納米固溶體為主要成分的催化劑。

技術背景

柴油機在運輸和各種非道路工程機械中得到了廣泛的應用。然而，其排放的廢氣會造成嚴重的環境污染，其中排放出碳煙由于不充分燃燒，對環境和人身健康均造成了很大的影響。柴油機的碳煙排放控制技術已成為各國政府和學者關注的焦點。

柴油機排氣溫度在150℃到450℃之間，而碳煙的氧化溫度超過了550℃。因此想要消除碳煙污染，需要提高排氣溫度加劇碳煙氧化反應，但過高的碳煙燃燒溫度會損壞濾料。所以更可行的辦法是利用催化劑降低碳煙的氧化反應溫度。柴油機催化型顆粒捕集器不需要額外的熱源和復雜的控制系統，從而大大降低了燃料消耗和發動機損耗。而柴油機催化型顆粒捕集器中使用的催化劑的好壞則決定了柴油機催化型顆粒捕集器的效率。由于碳煙的催化氧化是O₂、碳煙和催化劑之間的反應，催化劑與碳煙的接觸面積和催化劑的本征催化活性是影響碳煙氧化效率的兩個關鍵因素，同時催化劑的熱穩定性、經濟性和成本也會成為影響因素。因此，設計并制備接觸面積大、本征催化活性高、熱穩定并價格低廉的催化劑具有重大意義。

中國發明專利公開說明書CN108554406B，公開日20200424，公開了一種負載合金型碳煙氧化催化劑及其制備方法載體為鈰鋯復合氧化物及其輕稀土修飾體系，合金型活性組分為均質型鈀銀合金，合金型活性組分按質量百分比的組成為鈀1％～20％，銀80％～99％，總金屬負載量為4％～15％。該發明的實施例2中，在疏松接觸形態的碳煙氧化達到最大速率時的溫度為416℃，在一定程度上降低了碳煙氧化的反應溫度增加了效率。

但是柴油機排氣溫度在150℃到450℃之間，上述發明中的碳煙氧化達到最大速率時的溫度為416℃，雖然已經落入柴油機排氣溫度范圍內卻處在較高范圍，催化活性依然存在提高的空間。由于是負載合金型催化劑且載體為鈰鋯復合氧化物及其輕稀土修飾體系，合金型活性組分為均質型鈀銀合金，導致該催化劑的成本依然較高。

因此，需要發明一種新的碳煙氧化催化劑，使該碳煙氧化催化劑的反應溫度更低，催化活性更高，熱穩定性更強并且更加低廉。

發明內容

本發明提供了一種以CeZrK/rGO納米固溶體為主要成分的催化劑，具有高催化活性、易合成、成本低和熱穩定性更好的特點，從而填補現有技術中催化劑存在的不足。

本發明為一種以CeZrK/rGO納米固溶體為主要成分的催化劑，該催化劑的活性組分為CeZrK/rGO納米固溶體，所述CeZrK/rGO納米固溶體具有如下通式：

Ce_AZr_BK_C/rGO

通式中，A:B:C＝5:1～3:1～3。

所述CeZrK/rGO納米固溶體由以還原氧化石墨烯為載體的鈰離子(Ce⁴⁺)、鋯離子(Zr⁴⁺)和鉀離子(K⁺)的球形金屬氧化物納米粒子構成。

進一步的，所述還原氧化石墨烯(rGO)具有介孔分布特征，所述CeZrK/rGO納米固溶體具有納米孔結構，其孔徑為36.1-36.9nm。

進一步的，所述CeZrK/rGO納米固溶體的比表面積為117.2-152.4m²/g。