[发明专利]一种用于降低柴油车碳烟颗粒燃烧温度的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化燃烧的技术领域，涉及到一种用于降低柴油车碳烟颗粒燃烧温度的催化剂及其制备方法。

背景技术

机动车尾气已成为城市大气污染的主要污染源之一，引起了世界各国的广泛关注和高度重视。柴油车因具有良好的动力性能和燃油经济性而日益受到重视。但柴油车尾气中氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM），特别是碳烟颗粒的排放量较高。为降低柴油车尾气中颗粒物的排放，目前比较成熟的做法主要是采用氧化型催化转化器（DOC）或壁流式颗粒物捕集器（DPF）对颗粒进行氧化消除或捕集，从而达到净化效果。其中，有效降低碳烟颗粒的氧化温度是氧化型催化转化器的关键技术。

中国专利公开号CN101822979A公开了一种降低碳烟颗粒燃烧温度的催化剂及其制备方法，由锰的氧化物和碱金属、碱土金属或稀土金属组成。该催化剂能在紧密接触状态下将碳烟燃烧的温度降低到345℃，处于柴油车尾气的温度范围内。但催化剂在松散接触状态下对碳烟的氧化性能及氧化产物CO₂的选择性没有提及。

中国专利公开号CN101439261A公开了一种碳烟颗粒净化用钴铈氧化物催化剂及其制备方法。该催化剂为双氧化物复合催化剂，尤其是由钴担载于纳米二氧化铈上或钴与铈的体相混合氧化物组成，且不含贵金属成分。该催化剂为纳米颗粒，在催化剂与碳烟颗粒松散接触状态下，燃烧峰值温度最低达到364℃，对碳烟颗粒催化燃烧的活性与担载的贵金属催化剂相当。但催化剂在无氮氧化物辅助条件下对碳烟的催化性能没有提及。

中国专利公开号公开了一种利用柴油车尾气中氮氧化物来辅助催化燃烧碳烟的钡-过渡金属-铈基氧化物催化剂。采用溶胶-凝胶法制备，Ba的引入采用浸渍负载法或前躯体掺杂溶胶-凝胶法，制得Ba_x/(MO_y)_0.1(CeO₂)_0.9催化剂。该催化剂在松散接触状态下能将碳烟的最大燃烧速率温度T_m降低到390~440℃，且燃烧完全，产物中基本没有CO生成。但催化剂在无氮氧化物辅助条件下对碳烟的催化性能没有提及。

现有技术公开了颗粒紧密接触状态下具有高氧化性能的催化剂及制备方法，但松散接触状态下的催化性能较差；有此公开了松散接触状态下具有高活性的催化剂及制备方法，但无氮氧化物存在条件下的催化性能较差。缺少在松散接触状态和无氮氧化物存在条件下对碳烟具有高催化活性的催化剂及其制备技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于降低柴油车碳烟颗粒燃烧温度的催化剂及其制备方法，使在松散接触状态和无氮氧化物存在条件下对碳烟具有高的催化活性，以用于柴油车尾气净化催化剂的涂层中，在达到降低柴油车尾气中颗粒物的氧化温度，加快催化过滤器的再生的前提下，降低成本、简化工艺，使其更适合工业化生产。

为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种用于降低柴油车碳烟颗粒燃烧温度的催化剂，其特征在于：催化剂的活性成分为Ce和Co的复合氧化物；催化剂的辅助活性成分为碱金属Na、K、Rb、Cs中的一种和过渡金属Mo，其摩尔比为3~4，Mo与Ce和Co的总量的摩尔比为0.1~0.2；复合氧化物为CeO₂和Co₃O₄的混合物，CeO₂和Co₃O₄之间的协同作用能提高催化活性，其中Ce和Co的摩尔比为4~9。

一种制备以上用于降低柴油车碳烟颗粒燃烧温度的催化剂的制备方法，制备工艺在松散接触状态和无氮氧化物存在条件下对碳烟具有高催化活性和高的CO2选择性，其特征在于包括以下步骤：

步骤（1），按催化剂组成及其摩尔比，称取铈盐、钴盐、钼盐和碱金属硝酸盐，然后加入到去离子水中配成混合溶液，混合溶液中金属阳离子浓度为0.1~1mol/L，所述铈盐可以为硝酸铈，钴盐可以为硝酸钴，钼盐可以为钼酸铵，碱金属硝酸盐可以为硝酸钠、硝酸钾、硝酸铯和硝酸铷中的任一种；

步骤（2），往混合溶液中加入柠檬酸，加入的柠檬酸和金属阳离子的摩尔比为1.3~2，此范围内凝胶效果最好；加热温度为80~90℃，此范围内凝胶形成速度比较合适，得到的产品效果最好，加热搅拌蒸干；

步骤（3），干燥和焙烧，干燥温度为100~130℃，时间为2~3h，使湿凝胶充分干燥；焙烧温度500~600℃，时间为3~5h，使干凝胶中的前躯体完全分解并生成复合氧化物，即得所述催化剂。