[发明专利]过渡元素掺杂的氮氧化物净化催化剂及其制备和用途

说明书

技术领域

本发明属于纳米催化应用领域，具体涉及过渡元素的掺杂提高了汽车尾气中氮氧化物净化催化剂的抗SO₂中毒和再生性能，降低了贵金属Pt的使用量。

背景技术

近年来随着汽车数量的急剧增加，汽车尾气的排放已经成为大气污染的主要污染源之一，其成分中的NO_x严重危害环境和公众的身体健康。目前汽车尾气中的NO_x净化催化剂主要包含三部分，即催化剂载体、活性涂层和催化活性组分；另外，为了提高催化剂的性能，在活性涂层和催化组分中加入少量的助剂，主要是稀土氧化物和碱土金属氧化物。载体通常有两种几何形式：球状和蜂窝状载体。球状载体制备简单成本较低，而且具有较高的比表面积，但机械性能不理想、气流阻力大，实际使用时有不少难以克服的困难，国内对它的研究比较多，但国外的研究和实际应用很少。目前一些发达国家广泛开展对贫燃发动机尾气净化的研究,主要集中在NO_x直接分解、选择催化还原和NO_x储存-还原。其中NO_x储存-还原技术由于净化效率高、温度窗口宽、操作费用低等诸多优点而日益受到重视。然而，NO_x储存-还原催化剂目前也存在着一些问题如：催化剂容易SO₂中毒和热老化失去活性。目前使用的催化剂一般是贵金属，如Pt、Pd或Rh等贵金属，这些贵金属的使用量较大，且在高温下贵金属纳米粒子容易团聚从而失去催化活性，此外，昂贵的价格及贵金属资源的稀缺也进一步限制了该技术在工业领域的广泛应用。我们发现通过过渡元素Fe、Co、Mn的添加，可以有效抑制BaSO₄的生成和促进生成的硫酸盐的分解，从而提高催化剂的抗SO₂中毒和易再生的性能。目前还没有相关专利对此进行报道。

发明内容

本发明提供了一种催化活性高，抗SO₂中毒和易再生的NO_x净化催化剂。

本发明提供的NO_x净化催化剂，其特征在于：该催化剂包括Al₂O₃-CeO₂-ZrO₂载体和负载在该载体上的Pt及Ba，过渡元素Fe，Co或Mn均匀分布在该载体上。

所述载体中Al₂O₃：CeO₂：ZrO₂的质量分数比为67：22：11。其中Al₂O₃、CeO₂和ZrO₂的前驱体分别是Al(NO₃)₃·9H₂O，Ce(NO₃)₃·6H₂O和Zr(NO₃)₄·5H₂O。

所述用于NO_x净化的催化剂，其特征在于：过渡元素Fe，Co或Mn均匀分布在采用的Al₂O₃-CeO₂-ZrO₂载体上，浸渍的前驱体溶液分别是Fe(NO₃)₃·9H₂O，Co(NO₃)₃·6H₂O和Mn(NO₃)₃·4H₂O。其中Fe或Co或Mn的质量分数是载体质量的5%。

所述用于NO_x净化的催化剂，其特征在于：浸渍的贵金属为Pt，其前驱体是H₂PtCl₆·6H₂O。其中Pt的质量占催化剂总质量的0.5-1%。

所述用于NO_x净化的催化剂，其特征在于：该催化剂采用碱土金属Ba为助剂，采用的前驱体是Ba(CH₃COO)₂，其中Ba的质量分数占催化剂总质量的12-16%（以Ba来计算）。

所述催化剂需要经过550℃老化4h。

所述催化剂代表性的制备方法如下：