[发明专利]一种消除碳烟的钡-过渡金属-铈基氧化物催化剂

说明书

技术领域

本发明属于柴油车尾气催化剂的技术领域，特别涉及利用氮氧化物辅助催化燃烧来消除柴油车尾气碳烟颗粒物的一种消除碳烟的钡-过渡金属-铈基氧化物催化剂。

背景技术

柴油机是一种具有良好的动力性、经济性和耐久性能的动力装置，但其排放的有害碳烟颗粒物严重威胁到人体健康，已成为制约柴油机广泛应用的瓶颈之一。同时，柴油机尾气中也含有相当浓度的氮氧化物(NO_x)。在柴油机排气管路上安装颗粒物捕集器是一种经济有效的后处理技术。它通过拦截、沉积等手段将柴油机排气中的碳烟颗粒物聚集在捕集器中，当碳烟积累到一定程度后，再用燃烧等手段将其除去，从而实现捕集器的再生，防止排气背压不断升高而影响柴油机的动力性和经济性。

近年来捕集器再生方式的开发热点是催化燃烧，即开发降低碳烟颗粒物的起燃温度使其在排气温度下即可燃烧消除的催化剂。铈基复合氧化物能够提供晶格氧作为活性氧种来氧化碳烟，并利用储放氧特性从空气中补充和活化氧，成为近年来得到重点研究的一类新型催化剂。例如有文献报道在MnO_x-CeO₂复合氧化物催化剂与碳烟松散接触条件下，在10％O₂/N₂气氛中的碳烟最大燃烧速度温度(T_m)约为550℃，在10％O₂/1000ppmNO/N₂气氛中的T_m约为450℃，即在有NO_x存在时碳烟颗粒的氧化温度明显降低。Ba盐是一类性能优异的NO_x存储材料，其在NO_x储存还原(NO_x storage reduction，NSR)催化剂中得到广泛研究和应用。将铈基复合氧化物与NO_x储存材料相结合，是一条开发利用氮氧化物辅助催化燃烧碳烟催化剂的新途径，对于大幅度降低碳烟燃烧温度、推进颗粒物捕集器实现商业化具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供利用氮氧化物辅助催化燃烧来消除柴油车尾气碳烟颗粒物的一种消除碳烟的钡-过渡金属-铈基氧化物催化剂，其特征在于，所述钡-过渡金属-铈基氧化物催化剂的通式为Ba_x/(MO_y)_0.1(CeO₂)_0.9，其中M为过渡金属Cu、Co、Fe、Ni中的一种，x、y、0.1、0.9均为摩尔比，x＝0.03～0.15，y＝1～1.5。

所述Ba的存在形式为氧化物、碳酸盐或硝酸盐。

所述钡-过渡金属-铈基氧化物催化剂采用溶胶-凝胶法制备，Ba的引入采用浸渍负载法或前驱体掺杂溶胶-凝胶法，若采用浸渍负载法引入Ba，其步骤是：

1)先将可溶性铈盐和过渡金属盐以摩尔比Ce∶M＝9∶1混合溶解于水中，搅拌均匀，配置成浓度为0.5～1.5mol/L的溶液，加入柠檬酸或乙二胺四乙酸(EDTA)为络合剂，分子量为180～600的聚乙二醇为增稠剂，搅拌均匀。其中柠檬酸或EDTA的克当量数相当于所有金属离子的克当量数之和的1.1倍，聚乙二醇添加量为络合剂用量的5～15wt％。在80℃加热，搅拌混合溶液，直至水分蒸发产生粘稠状胶体。将胶体在空气气氛中110℃干燥12小时，研细；在300℃预烧1小时，使凝胶中的有机物燃烧分解，再于500℃煅烧3小时，炉冷，制得过渡金属-铈基复合氧化物(MO_y)_0.1(CeO₂)_0.9。