[发明专利]柴油碳烟净化用三维有序大孔铈基氧化物担载金的催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种柴油车排放碳烟颗粒物净化用催化剂，具体地说，涉及一种柴油碳烟净化用三维有序大孔铈基氧化物担载纳米金颗粒的催化剂及其制备方法，属于环保技术领域。

背景技术

提高柴油车尾气排放的碳烟颗粒物(PM)净化用催化剂的活性，降低碳烟颗粒物的燃烧温度，从而使碳烟颗粒物捕集器能够长时间连续工作，是减少柴油机排放碳烟颗粒物最直接的方法。由于碳烟的消除反应是一个气-固(碳烟)-固(催化剂)三相复杂的深度氧化反应过程，催化剂活性的提高不仅与氧化物催化剂本身的氧化还原性能密切相关，同时还与固体催化剂和PM的接触程度密切相关。同一活性组分的催化剂，与碳烟的接触能力越高，活性越好。但是，由于碳烟颗粒物的粒度较大(单个碳烟粒子的直径大于25nm)，很难进入催化剂或载体微孔内进行反应，即使是超大介孔分子筛(最大孔径约20nm)，碳烟颗粒物的扩散也有一定的阻力，碳烟颗粒物只能和催化剂的外表面接触，从而使活性表面积的利用率大大降低。因此制备大孔催化剂对于柴油碳烟燃烧具有重要意义。

Ce基固溶体型等具有固定结构的复合金属氧化物具有灵活的可“化学剪裁”的设计特点和独特的物理性质(如铁磁性、铁电性、超导性、热导性、吸附性等)，此类催化剂对于碳烟的燃烧也具有较高的催化活性。中国专利申请CN1743067A中公开了几种可以用于催化柴油机尾气中碳颗粒的燃烧的钙钛矿和类钙钛矿系列纳米超细微粒催化剂，采用此类催化剂可以使碳颗粒燃烧温度明显降低，使之达到柴油车尾气净化所要求的温度范围。尽管此类催化剂为纳米超细微粒，可以改善催化剂与碳颗粒的接触性能，但是该催化剂的孔径小于10nm，碳烟颗粒物难以进入催化剂孔道内进行反应，只能和催化剂的外表面接触，催化剂的活性比表面积利用率低。

按照国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)的定义，大孔材料是指孔径大于50nm的多孔材料，并且根据其孔道的有序性和无序性可以分为有序大孔材料和无序大孔材料。三维有序大孔材料(3DOM材料，Three-dimensionally Ordered Macroporous Materials)具有特定组成和周期有序大孔两种特性，孔径大，孔分布均匀，孔道排列整齐有序，和其他多孔材料相比，其独特的孔道结构有利于物质从各个方向进入孔内，降低物质的扩散阻力，为物质的扩散提供最佳流速及更高的效率，在催化剂、载体材料等众多领域有着广阔的应用前景。

自从日本学者Haruta等人在1987年发现，负载型纳米金催化剂不仅对CO低温氧化具有很高的催化活性，而且还具有其他贵金属催化剂所不具有的很好的抗水性、稳定性和湿度增强效应，从而打破了认为金没有催化活性的传统观念，致使人们对其催化特性产生了极大的兴趣和关注，从而引起担载型纳米金催化剂研究的热潮。此后，有关金催化剂的研究和开发日益活跃，有关纳米金催化剂方面的研究论文，如雨后春笋般见诸各种期刊。随后的研究内容也从最初的低温CO催化氧化，扩展到负载型纳米金催化剂在NO_x的催化还原、选择氧化、水气转换、CO₂加氢制甲醇、烃类的催化燃烧、甲醛氧化、氯氟烃的催化分解及不饱和烃的选择加氢等许多反应中的应用。另外，从经济角度上来看，金的价格要远远低于铂和钯的价格，正是由于这些原因使得纳米金催化剂的研究已经成为催化领域中的一个新的热点，预示着纳米金催化剂有更加广泛的应用前景。