[发明专利]镨掺杂铈锆载体催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固溶体载体催化剂，具体涉及一种镨掺杂铈锆载体催化剂及其制备方法。

背景技术

氧化铈作为一种重要的催化剂载体，具有独特的储氧能力和其他优异性能。铈离子在氧化或还原气氛下发生Ce³⁺和Ce⁴⁺间的氧化还原反应，从而实现储氧和放氧功能，有助于实现汽车尾气等的催化转化，但纯的氧化铈在高温下极易烧结，导致储放氧能力下降，通过向氧化铈中掺杂适量的锆形成铈锆基氧化物固溶体，可以很大程度上提高氧化铈高温抗老化性和储放氧性能，因此，围绕着铈锆基氧化物固溶体的合成研究受到人们的广泛关注。但是现有的氧化铈载体催化剂存在生产成本高、粉体团聚严重、比表面积小等缺陷。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种镨掺杂铈锆载体催化剂，克服了在铈锆载体中进行掺杂所产生的掺杂缺陷，同时大大提高载体催化剂的热稳定性和老化比表面积、储氧量等性能指标；本发明还提供其制备方法，原料价格便宜，工艺过程简单，有利于规模化工业化生产。

本发明所述的镨掺杂铈锆载体催化剂，化学成分组成及重量含量为：

氧化铈30-50份、氧化锆30-50份、氧化镨1-5份和过渡金属氧化物1-5份；

其中，过渡金属氧化物为：氧化钒、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化钴和氧化铜的混合物。

优选的化学成分组成及重量含量为：

氧化铈30-50份、氧化锆30-50份、氧化镨1-5份、氧化钒0.2-1份、氧化铬0.2-0.5份、氧化锰0.1-0.5份、氧化铁0.2-0.3份、氧化钴0.4-0.5份、氧化铜0.5-1份。

本发明在载体催化剂中掺杂氧化镨，形成以铈锆镨为主体的载体催化剂，因为氧化镨中的+3和+4价离子平衡共存，具有类似于Ce⁴⁺/Ce³⁺变价性质。同时，高价态氧化物的热力学稳定性顺序为CeO₂>PrO₂，因此，不稳定的PrO₂在低温条件下更容易释放出氧，发生氧化还原循环，具有更高的储氧性能和氧缓冲能力。在铈锆氧化物中掺杂低价态的Pr³⁺,导致固溶体中氧位空穴的增加，更有利于Ce⁴⁺/Ce³⁺之间的变换反应，从而提高了载体催化剂的催化活性。

本发明选择过渡金属作为载体催化剂助剂，因为锰的氧化能力优异，但单纯添加锰难以制造多孔、大比表面积的氧化物，而本发明选择Fe、Co、Cu、V、Cr作为助剂进行浸入反应，并产生相互作用，解决了氧化锰结构上的缺陷，从而最大限度的发挥铈锆载体催化剂的比表面积及储氧能力，显著提高了载体催化剂的催化活性、高温稳定性及耐腐蚀性能。

所述的镨掺杂铈锆载体催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氯化铈、硝酸锆和过渡金属氧化物对应的盐的水溶液混合，得到混合液，混合液的浓度控制在0.4-0.5mol/L，料液pH值控制在1-3之间，充分搅拌均匀；

(2)加入重量份数的为混合液的0.1-1％的表面活性剂，搅拌均匀后放置在恒温槽中静置1-2小时；

(3)在室温状态下将氨水或氢氧化钠加入步骤(2)中得到的料液中，控制pH值在8-10之间，可得到一种胶状沉淀物；

(4)将步骤(3)中得到的胶状沉淀物用去离子水进行洗涤并脱水；

(5)将步骤(4)中脱水得到的产物放到窑炉中在500-700℃条件下焙烧4-6小时，然后粉碎后得到所述的二元掺杂铈锆载体催化剂。

其中：

步骤(1)中过金属氧化物对应的盐为其对应的氯化盐或硝酸盐。

步骤(1)料液的pH通过添加氨水、碳酸氢铵或氢氧化钠调整。

步骤(2)中所述的表面活性剂为非离子表面活性剂或阴离子表面活性剂。

非离子表面活性剂为聚乙二醇类、油酸或烷基胺类中的一种或几种。

阴离子表面活性剂为磷酸盐或磺酸盐中的一种或几种。

步骤(2)中恒温槽的温度恒定在40-50℃。

步骤(5)中粉碎后的粒径为1-5微米。

综上所述，本发明具有以下优点：

(1)通过优化组分和含量，克服了在铈锆载体中进行掺杂所产生的掺杂缺陷。