[发明专利]负载型纳米尖晶石复合氧化物催化材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化材料及制备方法，特别是涉及一种负载型纳米尖晶石复合氧化物催化材料及制备方法。

背景技术

汽车尾气排放是现代大中城市大气污染的主要污染源，汽车排放的主要污染物有：一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、硫化物及颗粒状粉尘等。氮氧化物是各种氮氧化合物的总称，在发动机排放中，主要是一氧化氮和二氧化氮，如汽油机排气中一氧化氮占氮氧化物总量的99％。氮氧化物会严重危害人类的健康，同时对环境的也存在危害性，它会造成酸雨、光化学烟雾、温室效应等重大环境问题。目前，脱除一氧化氮的方法可分为非催化法和催化法两大类。非催化法往往存在设备庞大、费用高、有二次污染等问题，所以汽车尾气的净化通常采用催化法。

汽车尾气净化催化剂是减少汽车尾气排放污染的最有效手段。用于汽车尾气净化的催化剂种类很多，早期汽车尾气净化器使用普通金属(Cu、Cr、Mn等)，其原料丰富、成本低，但催化活性差、起燃温度高、易中毒，现在已不使用了。后来，人们使用贵金属(Pd、Pt、Rh等)作催化剂，具有催化活性高、寿命长、抗硫和磷能力好等优点，但贵金属资源匮乏价格昂贵，净化催化装置造价较高，因此很难广泛推广，而且为防止贵金属催化剂铅中毒，汽车需使用无铅汽油。在汽车尾气催化净化领域，高催化活性和较低成本的催化材料越来越受大家关注。尖晶石复合氧化物结构稳定，耐热好，具有较高的氧化活性，而且具有一定的还原活性，可同时净化汽车尾气中的CO和NO，因此得到了广泛的研究。

尖晶石是一种独特的晶体结构，通式为AB₂O₄，具有良好的氧化还原特性，主要是因为在尖晶石型AB₂O₄中，A与B可在不改变其晶格位置的前提下，利用变价来实现电子传递。尖晶石在高温下可保持稳定的晶体结构和大的比表面积，原因在于A，B为阳离子.只要满足电荷数之和为八.同时离子半径又满足晶体结构的需要，就可组成各种各样的尖晶石。目前，制备该类尖晶石型复合金属氧化物材料的方法主要有沉淀法，溶胶-凝胶法，柠檬酸络合燃烧法，水热合成法，聚合物配位法等。

经过对现有技术的检索发现，文献公开了一种机动车尾气催化净化的尖晶石复合氧化物及其制备方法，该氧化物的化学式为：CuNi_2-xMn_xO₄，其中X＝0-2，将含铜、镍、锰的金属硝酸盐以一定的化学计量比和柠檬酸配成混合溶液，再经搅拌加热、浓缩灰化、研磨焙烧后制得含尖晶石型结构的复合氧化物粉末，该催化剂虽然制备工艺简单，成本较低，但仅给出了起燃温度，对尾气净化的效果不明显。

文献公开了用于汽车尾气处理的催化剂及制备方法，它以堇青石载体上原位合成分子筛为复合载体，负载金属Cu、Cu-La或Ag活性组分制成，该催化剂在空速11000h^-1对稀燃发动机尾气中的NOx的转化率最高可达74.4％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于汽车尾气净化的负载型纳米尖晶石复合氧化物催化剂及其制备方法。本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种负载型纳米尖晶石复合氧化物催化材料，其特征在于，该催化材料以堇青石蜂窝陶瓷为载体，γ-三氧化二铝为活性涂层，负载纳米尖晶石复合氧化物制备而成，其质量百分比为：γ-三氧化二铝占堇青石蜂窝陶瓷载体重量的10～25％，纳米尖晶石复合氧化物占γ-三氧化二铝重量的10～30％。

所述的纳米尖晶石复合氧化物的化学式为：AAl₂O₄，其中A为铁、或钴、或镍、或铜，或铜和镍。

本发明提供一种负载型纳米尖晶石复合氧化物催化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步、将金属硝酸盐和硝酸铝按照摩尔比为1∶2，溶入去离子水中，配成硝酸盐混合溶液，配制一定量的弱碱性沉淀剂的水溶液；

第二步、将硝酸盐溶液在搅拌下缓慢滴加到沉淀剂的水溶液中，或者反序滴加，保持溶液的pH为9，滴加完后继续搅拌，置于60～80℃水浴中老化2小时，用去离子水洗涤过滤至滤液pH＝7；

第三步、将所得滤渣在100～120℃烘，600～800℃焙烧得纳米尖晶石复合氧化物粉体；

第四步、将纳米尖晶石复合氧化物粉体，拟薄水铝石，乙二醇，去离子水以质量比3∶10∶2∶100混合打浆制成浆料，用稀硝酸调节浆料pH值为2.5～4；