[发明专利]一种用于汽车尾气净化的稀土钙钛矿型储氧材料

说明书

技术领域

本发明属于汽车尾气催化技术领域，特别涉及一种用于汽车尾气净化的稀土钙钛矿型储氧材料。

技术背景

汽车尾气中包含的主要有害成分有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NO_x)。随着汽车尾气排放限制法规日趋严格，可以同时去除上述三类污染物的三效催化剂(Three-way catalysts，简称TWCs)已广泛应用于汽车尾气污染控制。由于在三效催化中同时存在氧化和还原反应，只有在氧化物和还原物的比值在一定范围时，才能通过相互反应达到同时消除的目的，这个特定的气氛范围通常被称作TWC的操作窗口(Operation Window)。但是在实际情况中，由于路面状况、车速等限制，使得空燃比的波动范围远超过最佳范围，从而影响TWC对各种污染物的同时净化效果。针对上述问题，基本的解决方法是在催化剂中添加储氧材料，这种材料可以通过金属离子的可逆氧化还原实现在富氧或贫氧的气氛下快速地存储或释放氧，从而调节排气中的氧化还原比，拓宽TWC的操作窗口。

由于汽车尾气排放的温度会随着车速变化在200～1100℃范围内波动，因此用于汽车尾气排放控制的TWCs对储氧材料的热稳定性提出了很高的要求。目前应用最广泛的储氧材料是铈锆储氧材料。近年来各类新型高性能储氧材料的开发也成为这一领域研究的热点。钙钛矿型复合氧化物(ABO₃)由于其良好的氧渗透性和高热稳定性，也成为被研究的储氧材料之一。例如：在文献“Journal ofCatalysis，1997，165，197-204.”中报道，La(MnRh)O_3.15钙钛矿型材料具有较高的储氧能力，约为0.15mol[O]/mol cat.(约620μmol/g cat.)，其储氧能力主要来自于Mn⁴⁺和Mn³⁺离子之间的可逆转变以及该体系中较强的氧迁移能力。再如，不含贵金属的A位掺杂型的LaMnO₃和LaCoO₃钙钛矿型材料(Appliedcatalysis B：Environment，2005，58，273-288.)在480℃下储氧性能最佳可以达到450μmol/g cat.以上，基本与目前商用的铈基储氧材料的储放氧能力相当，但低温储氧性能不佳。另有专利(JP 2006176346)指出，新制备的SrFeO₃钙钛矿型材料在400℃时在He-O₂-He-H₂的连续脉冲下测得的储氧能力约为700μmol/g cat。因此，研制兼有优良中低温储氧性能和高热稳定性的实用型稀土钙钛矿储氧材料，对于推进新型储氧材料的开发以及钙钛矿型储氧材料的商业化应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于汽车尾气净化的稀土钙钛矿型储氧材料。所述稀土钙钛矿型储氧材料的通式为La_1-xA_xMn_1-yB_yO₃，其中A为Sr、Y、Ce、Pr和Nd中之一种；B为Ni、Fe、Cu和Co中之一种；0≤x≤0.4；0≤y≤0.4；x、y为摩尔值；该储氧材料具有优良的中低温储氧性能和高温热稳定性，可以用来替代铈锆储氧材料，用于汽车尾气净化，扩宽汽车尾气净化催化剂的操作窗口。

所述稀土钙钛矿型储氧材料可采用溶胶-凝胶法、共沉淀法等湿化学方法制备。

本发明的有益效果是：本发明所制得的La_1-xA_xMn_1-yB_yO₃储氧材料具有优良的中低温储氧性能和高温热稳定性。经1050℃水热老化5h之后，仍能维持良好的储氧性能，且远高于铈锆储氧材料的测试性能，能够满足当前汽车尾气处理技术对储氧材料的低温性能和实用寿命的要求，可以用于替代铈锆储氧材料用于汽车尾气净化，以扩宽汽车尾气净化催化剂的操作窗口，具有较强的推广价值。制备该储氧材料所采用的溶胶-凝胶法、共沉淀法等湿化学制备工艺过程简单，重复性好，容易实现工业化生产。

附图说明