[发明专利]稀燃发动机用三元复合氧化物型选择性催化还原催化剂

说明书

技术领域

本发明属于发动机用氮氧化物净化催化剂，具体涉及一种稀燃发动机用的三元复合金属氧化物型选择性催化还原氮氧化物催化剂及其制备方法。

背景技术

氮氧化物（NO_X）是大气污染物之一，不仅本身是有毒物质，而且还是光化学烟雾和酸雨的前驱体，对大气环境和人体健康危害极大。目前，机动车已成为大气中NOx的主要排放源，特别是稀燃发动机汽车，其NOx排放量远高于普通汽油车。为减少稀燃发动机NOx的排放，一种高效的NOx净化技术——选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction—SCR）技术应运而生，目前已在推广应用。

现有商业SCR催化剂的组成多为V₂O₅-WO₃（或MoO₃）-TiO₂-陶瓷载体，其中V₂O₅为主活性成分；WO₃（或MoO₃）是助催化剂，用于提高负载型催化剂的热稳定性；TiO₂是涂层基质；而陶瓷载体是整个催化剂的支撑体，也是所有负载成分的骨架。上述钒基SCR催化剂在排气温度超过280℃以后具有较好的NOx净化性能，但低温活性不佳，难以适应道路拥挤，车速慢、排气温度低的运行状况；同时，V₂O₅属高毒物质，在使用过程中流失的V₂O₅基SCR催化剂对环境和人体健康危害较大。因此，采用低毒材料开发具有良好低温催化性能的SCR催化剂成为发动机行业的热点。

发明内容

本发明的目的是，提供一种稀燃发动机用的铁、铈、锆三元复合金属氧化物型选择性催化还原氮氧化物催化剂及其制备方法。

以下对本发明的技术方案进行说明。稀燃发动机用三元复合氧化物型选择性催化还原催化剂，包括铁、铈、锆三元金属氧化物、锐钛矿型TiO₂以及堇青石蜂窝陶瓷载体等。其催化剂组成的技术方案是：由铁、铈、锆三元复合金属氧化物组成活性成分，其中铁、铈、锆三种金属元素分别以氧化铁（Fe₂O₃）、氧化铈（CeO₂）、氧化锆（ZrO₂）的形式存在于涂层基质中，并且其中铁、铈、锆三种原子的摩尔数量比例分别为：50%/15～35%/35～15%，摩尔百分比之和为100%。

以所述铁、铈、锆三元复合金属氧化物活性成分与锐钛矿型TiO₂组成涂层，以所述铁、铈、锆三元复合金属氧化物的总重为基准，活性成分与锐钛矿型TiO₂的总质量之比为：10.9～23.7%/89.1～76.3%，质量百分比之和为100%。

所述锐钛矿型TiO₂是由纯质锐钛矿型TiO₂和采用钛酸丁酯转化制备而成，纯质锐钛矿型TiO₂和采用钛酸丁酯转化制备而成的锐钛矿型TiO₂的质量百分比分别为：50～70%/50～30%，质量百分比之和为100%。

以400目的堇青石蜂窝陶瓷为负载型催化剂载体，由铁、铈、锆三元复合金属氧化物活性成分和锐钛矿型TiO₂共同组成的涂层总重、与400目堇青石蜂窝陶瓷载体的质量百分比为：10～20%/90～80%，质量百分比之和为100%。

三元复合金属氧化物型选择性催化还原氮氧化物催化剂的制备方法，其具体工艺包括以下四个步骤：

（1）制备催化剂原料用量的确定；

（2）活性成分负载前驱体的制备；

（3）涂层浆料的制备；

（4）涂层浆料的涂覆。

本发明的特点以及产生的有益效果是：在SCR催化剂的活性成分中添加了氧化铈-氧化锆固溶体，增强了催化剂整体的储氧性能，从而提高了催化剂的低温活性；氧化锆的存在还能够改善氧化铈和作为涂层基质的锐钛矿型TiO₂晶体结构的热稳定性。此外，采用低毒的Fe₂O₃替代高毒的V₂O₅，降低了催化剂对环境和人类健康的危害，而替代氧化物——氧化铁是价格低廉的常见矿藏，在我国储量丰富，完全可以保证新型SCR催化剂大规模生产的原料供应和成本控制。

附图说明