[发明专利]同时脱除碳烟颗粒和氮氧化物的铜铈铝催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于柴油车尾气催化剂制备技术领域，特别涉及以氧化铈为载体的用于柴油车尾气碳烟选择性氧化脱除的一种同时脱除碳烟颗粒和氮氧化物的铜铈铝催化剂及制备方法。

背景技术

柴油机与汽油机相比具有高的热效率、经济性和低的CO₂排放量，因而具有光明的发展前途。随着环保法规的日益严格，柴油机尾气污染物，特别是碳烟颗粒(soot)和氮氧化物(NOx)对环境的严重污染正受到人们的广泛关注。由于柴油机是富氧燃烧，对于汽油机排气净化最为有效的三效催化剂(TWC)并不适用于柴油机，开发如汽油车TWC那样有效的柴油车尾气催化净化材料和技术是摆在研究人员面前一项富有挑战性的紧迫任务。

近年来国外研究开发同时消除soot和NO_x的催化净化技术成为研究热点。利用柴油机自身排放的soot和NO_x在富氧条件下发生氧化还原反应，生成无害的N₂和CO₂，是一种非常重要和具有发展前途的柴油机尾气处理技术，具有良好的应用前景。除了采用稀燃NOx催化剂(LNC)和柴油颗粒过滤器(DPF)二种技术或者由LNC和柴油氧化催化剂(DOC)二种技术综合为一体的单一装置外，开发具有同时净化soot和NOx的单一催化剂也成为近年来的研发热点，特别是钙钛矿、尖晶石型复合氧化物以及含碱金属和过渡金属的双金属催化剂。为保证催化剂在DPF上的涂覆性能和热稳定性，可将催化剂分散在高比表面材料如γ-Al₂O₃【Zhongpeng Wang等，Catal.Commun.8(2007)1659-1664；N.Nejar等，Appl.Catal.B 70(2007)261-268】或者沸石分子筛【N.Nejar等，Catal.Today 119(2007)262-266】上。

发明内容

本发明的目的是提供一种廉价的、应用效果良好的同时脱除碳烟颗粒和氮氧化物的铜铈铝催化剂及制备方法。其特征在于，所述铜铈铝催化剂的通式为CuO-CeO₂-Al₂O₃，其中Cu∶Ce摩尔比为1∶19～1∶4，(CuO+CeO₂)∶Al₂O₃质量比为9∶1～1∶2。

所述铜铈铝催化剂采用溶胶-凝胶法或共沉淀法制备，制备步骤如下：

(1)取适量Cu、Ce的可溶性盐，按摩尔比Cu∶Ce＝1∶19～1∶4混合均匀，配制成离子浓度为1～1.5mol/L的混合水溶液；

(2)溶胶-凝胶法：往步骤1所得的混合溶液中加入适量络合剂柠檬酸和造孔剂聚乙二醇，聚乙二醇添加量为柠檬酸用量的5～15wt％，搅拌得到溶液；其中柠檬酸的克当量数为所有金属离子的克当量数之和的1.1～1.3倍；

共沉淀法：往步骤1所得的混合溶液中加入适量沉淀剂氨水和在采用Ce³⁺盐时加入氧化剂H₂O₂，在采用Ce⁴⁺盐时不加氧化剂H₂O₂，其中氨水的添加量以保持最终溶液的pH值＞10为准，H₂O₂添加量相当于亚铈离子摩尔含量的1.2倍，搅拌沉淀，得到悬浊液；

(3)往步骤2所得溶液或悬浊液中加入活性γ-Al₂O₃粉体，按最终产品(CuO+CeO₂)∶Al₂O₃质量比为9∶1～1∶2配比，剧烈搅拌，使γ-Al₂O₃均匀分散在溶液中形成悬浊液；

(4)按溶胶-凝胶法时，对步骤3所得悬浊液在100～120℃进行持续加热搅拌，蒸干，形成凝胶；或按共沉淀法时，对步骤3所得悬浊液停止搅拌，静置24h，倒掉上层清液，抽滤，得到块状沉淀物，水洗2～3次，然后将所得凝胶或沉淀物于120℃烘干；

(5)将步骤4得到的凝胶固体或沉淀物捣碎，研磨，在500℃下焙烧3小时，得到催化剂粉体。