[发明专利]多孔钇铈锆固溶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔钇铈锆固溶体及其制备方法，尤其涉及一种用于汽车尾气净化催化剂以及用作其它催化材料的多孔钇铈锆固溶体。

背景技术

汽车发动机排气中的有害成分主要有CO、HC和NO_x，不但严重污染大气、恶化环境，而且直接威胁人们的身体健康。汽车尾气催化净化技术是当今治理汽车污染物最有效、最可靠的技术之一，而三效催化剂是能将CO、HC、NO_x同时除去的汽车尾气净化用催化剂。目前在这种类型的催化剂中特别重要和起关键作用的是氧化铈(CeO₂)和氧化锆(ZrO₂)两种组分。氧化铈由于存在Ce³⁺和Ce⁴⁺的氧化还原转换能力而在汽车尾气净化催化剂中得到广泛的应用。将ZrO₂添加到CeO₂中，可形成CeO₂-ZrO₂固溶体而改善CeO₂的体相特性，利于体相氧原子的迁移和扩散，使体相反应过程变得活泼，能够提高CeO₂的储氧能力。热稳定性好的稀土锆固溶体储氧材料是一种良好的汽车尾气净化的催化助剂，由于稀土锆固溶体储氧材料的加入，不但减少了催化剂中贵金属的用量，而且提高了催化活性、储氧能力、催化选择性，扩大了空燃比操作窗口。此外由于催化反应主要发生在催化剂表面，因此储氧材料的高比表面积、良好的高温热稳定性是高催化能力的先决条件。大比表面积储氧材料的制备，单纯从粒度本身考虑存在一定的局限性，增大比表面积的办法在于把材料做成多孔结构。孔径较大时，材料的比表面积不是很大；而孔径较小时，尽管材料的比表面积有所提高，但由于在焙烧过程中小孔容易塌陷，材料的高温稳定性又有一定程度的下降，因此存在一个合适大小的孔结构，使材料在具有大的比表面积的同时又具有良好的高温稳定性。

专利CN1369460A公开了一种铈锆基复合氧化物的制备方法。以硝酸盐为原料，碳酸氢铵为沉淀剂，经沉淀反应、干燥、焙烧等过程，制备一种基于氧化铈和氧化锆的铈锆基复合氧化物，经500℃焙烧2h后，比表面积为40～50m²·g^-1。此法所得铈锆基复合氧化物的比表面积较小。

专利CN101112683A公开了一种介孔结构铈锆铝复合氧化物固溶体及其制备方法。以硝酸盐为原料，以氢氧化钠为沉淀剂，用十六烷基三甲基氯化铵作为模板，经沉淀反应、干燥、焙烧等过程，制备一种介孔结构铈锆铝复合氧化物固溶体，经450℃焙烧后样品的比表面积较大，但平均孔径仅为2.5～3.4nm，高温老化后小孔发生烧结，老化后的比表面积较小。

发明内容

本发明的目的是提供一种多孔钇铈锆固溶体及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明所说的多孔钇铈锆固溶体的结构通式为：

Ce_xZr_0.9-xY_0.1O₂

其中：x＝0.1～0.8，优选为0.2～0.7。

所述的多孔钇铈锆固溶体，400～500℃焙烧2～3h，比表面积为100～150m²·g^-1，孔径为7～10nm，；900～1000℃老化4～5h，比表面积为35～60m²·g^-1。

本发明的多孔钇铈锆固溶体的制备方法，包括如下步骤：

将沉淀剂加入保护剂、混合金属盐溶液和活性聚苯乙烯微球乳液，在常温下反应1～2小时，然后在80～100℃陈化1～3h，收集沉淀物、水洗，再于80～150℃下干燥1～5h，干燥产物在300～1000℃焙烧1～6h，得到所说的多孔钇铈锆固溶体。

所述的保护剂选自分子量2000～6000的聚乙二醇；

所述的混合金属盐溶液为含铈盐、锆盐和钇盐的水溶液，其中：

所述的铈盐选自硝酸亚铈或氯化亚铈，水溶液中，浓度为0.1～1mol/L；

所述的锆盐选自硝酸锆、硝酸氧锆或氯氧化锆，水溶液中，浓度为0.1～1mol/L；

所述的钇盐选自硝酸钇或氯化钇，水溶液中，浓度为0.1～1mol/L；

所述的沉淀剂选自重量浓度为20～35％的氨水、重量浓度为25～45％的氢氧化钠水溶液、重量浓度为25～35％的氢氧化钾水溶液或重量浓度为10～25％的碳酸铵水溶液中的一种或两种，沉淀剂的加入量使反应终点的pH为9～10；