[发明专利]一种三元铈基储氧材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三元铈基储氧材料及其制备方法。

背景技术

目前机动车污染物排放的控制技术可分为三类，分别是燃烧前控制技术，燃烧中控制技术和尾气净化技术。其中尾气净化技术主要采用三效催化器技术，三效催化器(Three Way Catalyst)主要有四部分组成：载体、氧化铝涂层、活性组分和助剂。通过CO、HC和NOx之间的催化氧化和还原反应，三效催化剂可同时使汽油机的CO、HC和NOx排放同时降低90％以上。三效催化剂的催化活性与空燃比有关，在理论空燃比14.6左右存在一个工作窗口，空燃比窗口范围内CO、HC和NOx的催化活性能够达到90％。但实际工况中由于机动车加速，减速和路况的复杂多变，空燃比总在14-15左右波动，无法满足同时催化转化CO、HC和NOx的要求，使得催化转化效率下降。

储氧材料作为三效催化器的核心技术之一，有效的起到了调节空燃比的作用，使得空燃比窗口在14.6左右。然而目前的储氧材料，其储氧量尤其是动态的储氧性能还有待提高，抗高温烧结能力还不足，从而影响了三效催化器的使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是要针对现有储氧材料总储氧量和动态储氧性能不足，抗高温烧结能力不够，提供一种高性能铈基三元储氧材料及其制备方法。

本发明由储氧材料主体、助剂、分散剂组成，其重量份配比为：

储氧材料主体80-95    助剂3-10    分散剂2-10；

所述储氧材料主体为稀土材料，稀土材料由硝酸铈、硝酸锆和硝酸镧组成，其重量份配比为：

硝酸铈0.5-0.8    硝酸锆0.3-0.45    0.05-0.15硝酸镧；

所述的助剂是硝酸钡、硝酸铜、硝酸锰或硝酸镁，或是其中任意两种及任意两种以上以任意比例混合而成，或是全部以任意比例混合而成；

所述分散剂是聚乙烯醇、聚乙二醇或柠檬酸；或是其中任意两种以任意比例混合而成，或是全部以任意比例混合而成；

它还有氧化剂，氧化剂为双氧水，其重量份配比为：

制备工艺主要包括以下步骤：

1)按比例称取Ce(NO₃)₃·6H₂O、Zr(NO₃)₄·5H₂O、La(NO₃)₃·6H₂O配制成溶液，再加入过氧化氢，加入助剂，制成混合液；

2)配制3mol/L的氨水溶液和3mol/L的碳酸铵溶液，按体积比为1∶1混合，制成沉淀液，

3)在45℃恒温水浴、200Kw超声条件下，将混合液和沉淀剂按15∶10的重量份配比并流搅拌，并流过程中溶液pH控制在8，并流完成后持续搅拌1h，然后加入固溶体质量8％的聚乙二醇，调节pH到8-10，80-100℃陈化2-4h后取出，室温下静置8-12h；

4)沉淀物经过抽滤，去离子水洗涤后，pH＝7，120℃干燥10-12h；

5)干燥后的样品300℃焙烧0.5h后升温至500℃保温4h，即可等到储氧材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：

1)与没有采用本储氧材料制备出的三效催化器相对比，本发明所述的储氧材料明显的降低了三效催化器在尾气催化转化中的起燃温度。

2)本发明所述的储氧材料具备较高比表面积，经过500℃、4h焙烧后，储氧材料的比表面积达到147.09m²/g，经过700℃，4h焙烧后，比表面积为102.52m²/g；经过1000℃、10％水蒸气，5h老化以后，比表面积依然可以达到46.79m²/g，延长了三效催化器的使用寿命。

3)本发明所述的储氧材料具备高储氧量，新鲜态500℃、4h焙烧后，储氧材料的储氧量达到292.2μmol·g^-1；经过1000℃、10％水蒸气，5h老化以后，储氧材料的储氧量仍然可达到201.8μmol·g^-1，稳定高效的储氧能力，大幅削弱了三效催化器工作时空燃比窗口的波动。

4)本发明所述的储氧材料制备工艺，具备大规模生产应用的能力。

5)采用本发明所述工艺生产的储氧材料，具备低成本-高效益的经济优势，同比没有采用本储氧材料的三效催化器，贵金属用量可以降低17％以上。

附图说明