[发明专利]同时消除柴油机尾气四种污染物的组合催化剂和净化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柴油机尾气净化技术，具体地说，是关于能同时消除柴油机尾气中四种主要污染物的组合催化剂和净化方法，属于环保领域。

背景技术

进入二十一世纪以来，随着我国国民经济的迅猛发展，加入WTO和2008年北京奥运会的临近，改善大气环境、治理废气污染、创办“绿色奥运”已成为一项紧迫的工作。柴油机由于其性价比的优势，一直为汽车制造商所青睐而广泛用于轻、重型车辆。我国在“十一五”汽车产业的规划中也大力支持柴油车的发展，汽车柴油化的趋势不可阻挡，柴油车数量将不断增加。而随着柴油车的广泛应用，柴油车排放尾气中的污染物对环境的危害和对人体健康的影响正受到人们的广泛关注。

柴油机排放的污染物不仅包括气相的污染物如一氧化氮(NO_x)、一氧化碳(CO)和燃料中燃烧未完全而残留的烃类物质(HC)，而且还包括固相的污染物如颗粒物，这种颗粒物主要是由干炭烟、固体碳颗粒和可溶的有机物质组成。

随着柴油车的发展，其尾气治理研究也在同步进行。目前对于柴油机尾气的净化主要包括过滤技术和催化转化技术，但已经记载和实施的净化技术通常都很明确地是针对气相污染物或固相污染物。

在催化转化工艺中，所研发的催化剂主要针对的是尾气中碳颗粒的净化处理。如美国专利US4,929,581中公开了采用壁流式过滤器来过滤尾气中的碳颗粒的技术，该过滤器上涂覆由分子筛担载了贵金属铂的催化剂来氧化碳颗粒物质。日本专利公开JP3-38,255公开了一种开放式净化工艺，该工艺利用了开放式“SOF”氧化催化剂微粒，该催化剂包括由活性氧化铝或类似物形成的催化剂携带层，及一种负载在催化剂携带层上的铂类催化剂。该开放式催化剂可将柴油机尾气中的微粒中的SOF(可溶性有机物)连同CO、HC一起氧化以净化柴油机尾气。但该催化剂的使用存在一个缺陷，即它可清除SOF，但对清除微粒中的烟粒的速率较低，所以应用该净化工艺的对象最好是那些较高品质的柴油机或燃油，即，通过改善柴油机或燃油的品质来减少烟粒的数量。

中国石油大学的冯洪庆等报道了催化剂组合控制稀燃汽油机排放策略的试验研究(《内燃机学报》第25卷第4期P322-P325)，其中提到采用不同分子筛催化剂的组合和机内净化的综合控制策略，可使汽油机排放NO_x有较高转化率，特别是Ir-ZSM-5、Pd-In-ZSM-5等的组合，在合适的条件下可以实现70％以上的NO_x转化率。但该文献报道的研究也只是针对汽油车(机)气体排放，其采用的分子筛催化剂组合是针对控制NO_x的排放，根据这样的需要，该催化剂为两种金属同时负载于ZSM-5分子筛上，与本发明两种催化剂分层组合具有本质区别。

中国专利CN 02136342.0，名称为：柴油机排气净化用催化剂及其制备方法，该专利技术以球形多孔活性氧化铝为催化剂载体，催化剂活性成分由含有K、La、Cu、Co、Fe等化合物中的两种或两种以上物质组成，该催化剂能促进柴油机尾气中碳颗粒和氮氧化物的互为氧化-还原反应，以防止污染物排出，并能以一个较高的转化率转化氮氧化物。但是该专利公开的催化净化方法未涉及对柴油机尾气中四种污染物碳颗粒、氮氧化物、烃类物质和一氧化碳的同时催化净化，也就是说，还需要其它方法配合来净化烃类和一氧化碳污染物。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足和缺陷，提供一种可同时消除柴油机尾气中四种主要污染物的组合催化剂，其具有高效的氧化和还原催化性能，且不使用贵金属，同时满足高效和实用的目的。

本发明同时提供了一种可同时消除柴油机尾气中四种主要污染物的催化净化方法，采用本发明的催化剂组合，反应和操作条件温和，可以在较低温度下实现四种有害物质同时去除的目的。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种可同时消除柴油机尾气四种污染物的组合催化剂，其由氧化催化剂和还原催化剂组合而成，所述氧化催化剂的活性组分选自钙钛矿复合氧化物或类钙钛矿复合氧化物，所述还原催化剂为过渡金属氧化物修饰的HZSM-5分子筛。

本发明的组合催化剂中，所述氧化催化剂的活性组分可为由La、K或Rb、以及至少一种过渡金属元素构成的钙钛矿复合氧化物或类钙钛矿复合氧化物，其中所述过渡金属包括Mn、Co、Cu、Cr、Fe或Ni。