[发明专利]铈锆基固溶体稀土储氧材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土储氧材料及其制备方法，特别涉及一种用于汽车尾气净化、有机废气消除和天然气催化燃烧等废气净化或催化燃烧的铈锆基固溶体稀土储氧材料及其制备方法。

背景技术

减少汽车尾气污染、保护大气环境质量，实现生态环境和社会的可持续发展，是目前及未来相当长时间内我国环境保护的重要课题之一。

为了减少污染，必须从提高汽油品质、改善发动机燃烧状态和增加尾气净化催化效率三方面进行突破。到目前为止，使用汽车尾气净化催化剂是最有效途径就是通过三元催化装置来降低尾气中HC、CO和NOx三种有毒气体的含量，而储氧材料是三元催化转化装置中的重要组成部分，它在尾气净化过程中起到调节气氛的作用，当气氛处于贫燃状态时，储氧材料将吸收多余的氧气，当气氛处于富燃状态时，储氧材料放出氧气，使三种气体得到有效的转化。因此，储氧材料的储氧性能的好坏直接影响尾气的转化效率。同时储氧材料可有效稳定活性组分的分散，因此具有大的比表面积、较大的孔体积及合适的孔径分布，并具有良好的抗高温老化性能、优异的低温催化性能的铈锆基储氧材料成为新三效催化剂的关键材料。

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的储氧能力和高温稳定性。同时，Pr、Nd、Y、Nb、La和Ba等稀土及碱土元素的加入可进一步增强储氧材料的抗高温老化性，提高其储氧量。

中国专利专利号为ZL200510115874.2的发明专利公开了一种高比表面铈锆复合氧化物固溶体组合物及其制备方法，通过添加在沉淀出的悬浊液中添加表面活性剂或胺盐或无机铵盐或乙醇，并高温晶化，晶化后产品经乙醇洗涤，高温焙烧。

但是，上述制备工艺复杂，同时通过高温晶化，乙醇洗涤，不利于工业生产，且沉淀时为普通液相沉淀，粒子较大。

中国专利公开号为CN101637721B的发明专利公开了一种多孔钇铈锆固溶体及其制备方法，通过加入保护剂、混合稀土金属盐溶液和活性聚苯乙烯微球乳液，常温沉淀，80-100℃陈化，收集沉淀物、水洗、干燥、焙烧得目标产物。

上述制备方法中，聚苯乙烯微球乳液与金属盐溶液无法混合均匀，容易导致产品的均一稳定性。

中国专利公开号为CN100496745C的发明专利公开了一种线状或棒状多晶Ce_0.6Zr_0.3Y_0.1O₂固溶体制备方法，通过加入十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂，通过水热处理得前驱体，灼烧得目标产物。

上述制备方法通过水热处理，需要高压设备，不利于产业化生产。

因此，特别需要一种铈锆基固溶体稀土储氧材料及其制备方法，已解决上述现有存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铈锆基固溶体稀土储氧材料及其制备方法，克服现有技术存在上述的问题，制备的铈锆基固溶体稀土储氧材料，具有颗粒小、比表面积大、抗高温老化性和活性高等特点，满足商业对生产成本及日益增加的对环境限制的要求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明的第一方面提供一种铈锆基固溶体稀土储氧材料，其特征在于，它的比表面≥90m²·g^-1，1000℃焙烧4h后比表面≥30m²·g^-1，1050℃焙烧12h后比表面≥20m²·g^-1。

本发明的第二方面提供一种铈锆基固溶体稀土储氧材料的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：

(1)混合金属硝酸盐溶液的制备：根据材料组分构成及目标产品的重量，确定氧化铈、氧化锆及除铈以外的其他稀土氧化物的含量，换算成相应的原料的重量含量，将硝酸铈、除铈以外的其他稀土可溶性硝酸盐和硝酸锆溶于水，加入一定的有机酸，得混合金属硝酸盐溶液；

(2)铈锆基固溶体稀土储氧材料前驱体的制备：用36％的工业氨水与纯水1∶1混合后的沉淀剂，缓慢加入到50-70℃的混合金属硝酸盐溶液中，至pH为3-4，加入Ce³⁺/Ce⁴⁺转化需要的化学计量1.2-1.5倍的双氧水，继续加入沉淀剂至pH为9，保温2-5h，洗涤、脱水，得铈锆基固溶体稀土储氧材料前驱体；