[发明专利]一种高性能铈锆硅复合氧化物储氧材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机催化材料领域，涉及一种高性能铈锆基复合氧化物储氧材料及其制备方法，尤其是涉及一种用于机动车尾气净化处理的催化材料。

背景技术

随着世界经济的飞速发展，汽车保有量急剧增加，汽车在给人们带来极大的便利及对人类社会发展作出巨大贡献的同时，也带来了严重的环境污染问题。汽车消耗大量的石油资源、排出大量的有害气体，对人类健康及生存环境造成严重的危害，成为城市空气污染的主要污染源之一。因此，净化汽车尾气成为重大的研究课题。

铈基储氧材料的特点在于可以在富氧(贫燃)的情况下储存氧气，在贫氧(富燃)的情况下释放氧气，从而可以维持相对稳定的氧化还原比，保证汽车三效催化剂能够发挥最大的催化净化效果。Ce外层电子充填方式为4f¹5d¹6s²的特殊电子结构，使得Ce具有可变价态Ce³⁺和Ce⁴⁺，这两种离子在一定的条件下可实现的可逆转化，在富氧条件下氧化铈可以储存氧，确保NOx还原；同时在贫氧条件下氧化铈可以释放氧，提供CO和HC氧化所需要的氧，从而使催化剂始终保持最佳催化效能。上述调节氧浓度的能力就被称作储氧能力(Oxygen Storage Capacity，简称OSC)。在铈中引入锆离子，能提高储氧材料的热稳定性，高温老化后仍可保持较高的比表面积及孔容。由于Zr⁴⁺的离子半径比Ce⁴⁺的离子半径小因此随Zr⁴⁺的加入产生晶格收缩，晶格常数变小，可形成更多的缺陷和晶格应力，增强了其体相氧的移动，从而提高储氧材料的性能。为了增强铈锆基储氧材料的热稳定性和储氧能力，在其中掺杂其它金属制备三元及多元组分的固溶体，以改变储氧材料的结构、织构和储氧性能。在其中加入第三组分如Al₂O₃或SiO₂，能CeO₂-ZrO₂相互间隔，阻碍了两者的烧结，使得铈锆基储氧材料的热稳定性进一步提高，并且储氧性能大幅度提高。

申请号为201210295245.2的专利公开了一种介孔铈锆固溶体复合氧化物纳米材料及其制备方法。以非离子表面活性剂作为模板剂，利用有机硅源和有机高分子聚合物作有机前驱体，无机铈源和无机锆源作为无机前驱体，通过蒸发诱导多元共组装的方法形成有机-无机复合物，通过一系列的处理最后得到高比表面积的介孔铈锆固溶体复合氧化物材料。该发明专利步骤繁多，操作复杂，引入较多其他组分，会影响样品纯度。

韩玉惜分别制备了铈锆固溶体，SBA-15分子筛，Al₂O₃及这三种组分机械研磨而成的三组分载体等四种载体，并将其分别制备成铂基氧化型催化剂。研究发现：各载体组分间具有较强的协同作用，三组分载体比单组份载体对可溶性有机物具有更好的催化氧化性能。而各载体负载Pt后再混合制得的催化剂对SOF、HC/CO的催化氧化性能均要比各载体机械混合再负载Pt制得的催化剂的高，高比表面的分子筛有利于Pt的分散，从而有利于对CO、HC的催化氧化。但仅是机械混合的CeO₂-ZrO₂-SiO₂-Al₂O₃载体并不能完全满足机动车尾气净化催化剂的耐高温，耐老化的要求，需要进一步得到均一稳定的复合氧化物以提高载体及催化剂的催化性能(韩玉惜.轻型柴油车尾气氧化催化剂中铈锆复合氧化物/氧化铝/分子筛材料催化性能的研究[D].浙江.浙江工业大学,2012.)。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种高性能铈锆硅复合氧化物储氧材料及其制备方法。本发明利用硅溶胶作为硅源，无机铈源和无机锆源作为前驱体，通过水热法合成铈锆硅复合金属盐溶液，高温焙烧后得到高比表面积、高储氧量和孔容大的复合氧化物储氧材料，同时纯度高、粒径小、分散性好；同时其制备方法能耗小，且能避免高温灼烧处理带来的粉末硬团聚。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种高性能铈锆硅复合氧化物储氧材料，其分子式为Ce0_0.3-0.7Zr_0.3-0.7O₂-SiO₂。

所述铈锆硅复合氧化物储氧材料的比表面积大于250m²/g，颗粒直径小于20nm，储氧量最大值为709.6μmol/g。