[发明专利]柴油机尾气颗粒物催化剂、及其制备方法和使用方法

说明书

本发明涉及一种柴油机尾气颗粒物催化剂，及其制备方法和使用方法。该催化剂由一种催化剂载体，一种载于催化剂载体上的催化剂助剂和一种催化剂活性成分组成。催化剂载体为具有较高机械强度的粗孔微球硅胶，催化剂助剂为金属氧化物，活性组分为金属钌。该催化剂的制备方法为：采用等体积浸渍方法将金属氧化物的前驱物溶液浸渍到粗孔微球硅胶上，一定温度下焙烧得到复合型载体MOx/SiO₂(M为金属)；在该复合载体上，进一步等体积浸渍金属钌的前驱物，一定温度下焙烧形成Ru/MOx/SiO₂催化剂。催化剂的使用方法为流化床催化法。流化状态下，催化剂氧化碳颗粒呈现出更高的活性和稳定性。该催化剂在流化床内催化氧化柴油机尾气颗粒物具有较低的氧化温度和较高的CO₂选择性。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术以及新型反应器研发的技术领域，具体涉及复合载体制备以及用该复合载体负载贵金属催化剂，并将该催化剂用于新型流化床反应器中进行催化反应研究。

背景技术

柴油机因其良好的经济性能和动力性能以及相对较好的环境性能而有逐渐取代汽油机成为主流动力设备的趋势。然而其尾气排放较高的颗粒物和氮氧化物成为制约其发展的主要环境因素。柴油机尾气颗粒物主要成分为碳颗粒、未完全燃烧的有机物以及硫酸盐颗粒，其中前两者占据尾气颗粒物绝大部分比例。目前，对柴油机尾气碳颗粒的净化方法是通过氧化将其转变为无害的二氧化碳气体排出。由于碳颗粒的氧化温度很高，柴油机尾气温度达不到碳颗粒的起燃温度，因此，碳颗粒氧化的反应中，催化剂的作用尤为突出。另外催化剂与碳颗粒的接触方式可显著影响催化剂氧化碳烟的起燃温度。研究表明，碳烟与催化剂紧密接触相对二者松散接触可明显降低碳颗粒的起燃温度。因此，寻找一种低温起燃的催化剂和发明一种催化剂与碳烟具有良好接触的催化方法成为柴油机尾气颗粒物净化关键问题所在。

目前，用于碳烟氧化的催化剂主要包括碱金属和碱土金属催化剂，过渡金属催化剂，固定结构的复合型催化剂以及负载型贵金属催化剂。其中负载型贵金属催化剂在催化剂与碳烟颗粒松散接触条件下(气-固-固三相反应)具有较高的催化活性，目前研究表明Pt在碳烟颗粒催化氧化方面表现出良好的催化活性，J.Oi-Uchisawa等(J.Oi-Uchisawa，A.Obuchi，R.Enomoto，J.Xu，T.Nanba，S.Liu，S.Kushiyama.Oxidation of carbon blackover various Pt/MO_X/SiC catalysts[J].Applied Catalysis B：Environmental.32(2001)：257-268.)报道了Pt/TiO₂/SiC在1000ppm NO，100ppm SO₂，7％H₂O和10％O₂条件下，碳颗粒的氧化温度T₅₀和T₉₀分别为427℃和521℃，与SiO₂及金属氧化物负载Pt催化活性有所改善，即由催化剂基质和催化剂助剂组成的复合载体对碳烟颗粒高效催化剂的制备具有重要意义。此外，目前大多研究均在固定床反应器中进行，反应气体，碳颗粒以及催化剂处于松散接触方式，而实际烟气中碳烟颗粒却被尾气气流携带经过催化剂床层，处于流动状态，类似于流化床状态，这使得流化床反应器内碳烟的研究更加符合实际烟气中碳颗粒的运动情况。而Pt催化剂在流化床内催化活性与固定床相比，略有降低。因此，新型流化床反应器以及该反应器的内高效的催化剂的开发更具有实际意义。