[发明专利]一种钇掺杂铈锆固溶体的火焰等离子合成法及其等离子火焰燃烧装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于摩托车三元催化涂层材料助剂的制备，具体说是一种钇掺杂铈锆固溶体的火焰等离子合成法及其等离子火焰燃烧装置。    

背景技术

铈锆稀土复合氧化物对尾气催化剂γ-Al₂O₃的热稳定性和改善空燃比窗口有很大的好处，目前已经有很多这方面的发明和应用，随着排放法规的提升，尤其是摩托车国三排放的全面实施，对催化剂的性能又有更高的要求，这些性能指标的提升首先是基于催化剂涂层的高质量，同时随着贵金属资源的日益减少和价格的节节攀升，低贵金属高性能的催化剂是今后发展的必然趋势，所以开发更高性能的涂层助剂对贵金属分散和热稳定性，以至于对催化剂本身的性能提升大有益处。

现在已经有很多关于La掺杂铈锆固溶体的发明，如蒋留扣的专利CN101020584为纳米镧铈锆复合氧化物制备方法，而钇掺杂铈锆固溶体的发明有上海华明高技术（集团）有限公司专利CN101637721多孔钇铈锆固溶体及其制备方法。

以上两个专利均是采用沉淀法制备的掺杂铈锆固溶体，操作麻烦，合成时需添加额外设备，生成时间长，效率低，且固溶体的粒度D50比较大，纯度低，严重影响了助剂的催化活性、耐温性能和抗毒性能。

发明内容

针对上述问题，本发明设计了一种钇掺杂铈锆固溶体的火焰等离子合成法及其等离子火焰燃烧装置，其将合成原料按规定摩尔比混合搅拌，而后经高温气流燃烧即可获得，整个合成过程非常简单易行，无需添加另外设备，生成时间短，效率高，且固溶体的粒度D50达到2-10um，纯度高，有效提升助剂的催化活性、耐温性能和抗毒性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钇掺杂铈锆固溶体的火焰等离子合成法，其特征在于，整个方法包括如下步骤：

a、原材料的混合与搅拌

将硝酸钇（Y(NO₃)₃·6H₂O）、硝酸铈（Ce(NO₃)₃·6H₂O）、硝酸锆（Zr(NO₃)₄·5H₂O）按照一定的摩尔比进行混合，之后加入乙醇并搅拌至完全溶解，形成混合溶液；

b、等离子火焰燃烧

点燃氧气、乙炔喷枪，调整氧气和乙炔比例及气流速度，同时吸入混合溶液与氧气及乙炔混合气一起燃烧，通过高温气体燃烧而产生等离子体进行合成，混合溶液燃烧后形成了钇掺杂铈锆固溶体粉末。

进一步地，上述硝酸钇、硝酸铈、硝酸锆的混合量的摩尔比为硝酸钇0.5~5，硝酸铈3~10，硝酸锆8~15。

进一步地，上述乙醇浓度不低于70%。

进一步地，上述调整氧气和乙炔比例及气流速度的操作直至获得蓝色火焰为止。

一种所述火焰等离子合成法的等离子火焰燃烧装置，整个装置主要包括一枪体，所述枪体上设置有两输入通道和一燃烧口；其中一个输入通道为高压氧气、乙炔的混合气输入通道，该混合气输入通道直接与燃烧口直通，另外一个通道为所述混合溶液输入通道，该混合溶液输入通道的出口设置在燃烧口中心部位。

进一步地，上述等离子火焰燃烧装置还包括一锥形收集皿，所述收集皿设置在枪体燃烧口的正下方。

本发明方法只包括两个步骤，合成非常简单易行，无需添加另外设备，生成时间短，效率高，且固溶体的粒度D50达到2-10um,纯度高，且活性很高，且经试验表明，应用在某种125摩托车催化剂上取得了很好的效果。  

附图说明

    图1、本发明等离子燃烧装置的结构示意图。

具体实施方案：

一种钇掺杂铈锆固溶体的火焰等离子合成法，整个方法包括如下步骤：

第一步：称取3.83克硝酸钇、260.6克硝酸铈、339.24克硝酸锆置于烧杯中，并加入适量的70%乙醇进行搅拌直至混合物完全溶解，停止搅拌。

第二步：点燃氧气乙炔喷枪，调整氧气和乙炔比例及气流速度，将混合溶液吸入并一起燃烧，在此，为获得高温气体燃烧产生等离子体，整个调整直到获得蓝色火焰为止，混合溶液燃烧后形成的粉末状物质即为钇掺杂铈锆固溶体。

以上整个过程只包括两个步骤，整个合成过程非常简单易行，无需添加另外设备，生成时间短，效率高，且固溶体的粒度D50达到2-10um，纯度高，有效提升助剂的催化活性、耐温性能和抗毒性能。