[发明专利]3DOM氧化物担载碱/锰金属氧化物催化剂及制备应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂，具体的说，是涉及一种3DOM氧化物担载碱/锰金属氧化物催化剂及制备应用。本发明的催化剂可以用于柴油车排放碳烟颗粒物净化，故可以属于环保技术领域。

背景技术

柴油发动机在现代社会中被认为是高效耐用的内燃动力机，机动车柴油化程度不断提高。但是柴油发动机的主要排放物碳烟颗粒物(PM)和NOx对大气环境造成的污染日趋严重。机动车排放的污染物是城市大气PM2.5的主要来源之一，尤其是在大城市中，由机动车所排放的颗粒物、VOC、多环芳烃、SO₂、NOx以及金属离子等为PM2.5的主要组成成份。因此，降低PM排放是柴油车尾气催化净化的重要任务，开展这方面的研究具有重要的环境保护意义。

由于碳烟颗粒物催化氧化反应是典型的固(碳烟颗粒)-固(催化剂)-气(O₂)多相复杂的催化反应，高活性碳烟氧化催化剂不仅应具有强氧化还原性能(活化氧能力)这一本征特性，而且还应具有与固体碳烟颗粒间良好的固-固接触能力这一外在条件。传统的催化剂具有一个共同的缺点，即它们的孔径都非常小(<10nm)，而碳烟颗粒的直径一般都在25nm以上。因此，碳烟颗粒无法进入到催化剂的孔道内，也就无法接触到催化剂内表面丰富的活性位，这样就限制了催化剂活性位的有效利用。因此，提高催化剂对碳烟颗粒催化燃烧性能的方法需要考虑两方面因素：一是选择和设计具有高氧化还原性能的催化剂。碳烟颗粒的催化燃烧是一个深度氧化反应，而催化反应的本质是氧化还原过程。因此，设计具有高氧化还原性能的催化剂是制备高活性碳烟颗粒燃烧催化剂的首要条件。二是设计和制备新的催化剂体系，改善催化剂与碳烟颗粒的有效接触。在实际的柴油车尾气中碳烟颗粒与催化剂的接触状态接近于松散接触。因此，在松散接触条件下开发新型的催化剂体系从而改善碳烟颗粒与催化剂的有效接触，具有非常重要的意义。

按照国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)的定义，大孔材料是指孔径大于50nm的多孔材料，并且根据其孔道的有序性和无序性可以分为有序大孔材料和无序大孔材料。三维有序大孔材料(3DOM材料，Three-dimensionally Ordered Macroporous Materials)具有特定组成和周期有序大孔两种特性，孔径大，孔分布均匀，孔道排列整齐有序，和其他多孔材料相比，其独特的孔道结构有利于物质从各个方向进入孔内，降低物质的扩散阻力，为物质的扩散提供最佳流速及更高的效率，在催化剂、载体材料等众多领域有着广阔的应用前景。王文中等发明了一种三维有序大孔Bi₂WO₆光催化材料的制备方法，所获得的材料存在光子带隙，可以更有效地吸收230nm左右的紫外光，具有显著的光催化活性，可用于降解自然条件下难降解的苯类有机污染物(王文中,孙松美.公开号：102728344A)。戴洪兴等发明了一种利用三维有序大孔La_0.6Sr_0.4FeO₃催化剂氧化甲苯的方法，三维有序大孔La_0.6Sr_0.4FeO₃具有高效催化氧化甲苯的性能(戴洪兴,赵振璇等.公开号：102500232A)。

将三维有序大孔催化剂用于碳烟颗粒的燃烧反应具有以下的优点：一方面，大孔径有利于碳烟颗粒进入催化剂的内部孔道；另一方面，内部贯通的孔道结构有利于碳烟颗粒在催化剂孔道内的有效传输。因此将高效的碳烟燃烧催化剂设计成大孔结构，对于碳烟颗粒的催化燃烧必将起到促进作用。张桂臻等发明了一种热稳定三维有序大孔碳烟燃烧催化剂，贵金属作为离子掺杂进入铈基或铈锆固溶体晶格，有助于提高催化活性(张桂臻何洪.公开号：102794175A)。赵震等利用自主研发的气膜辅助还原法发明了一系列三维有序大孔复合氧化物担载贵金属的催化剂，所获得的催化剂具有较高的催化燃烧碳烟颗粒的活性(公开号：101992089A、101982234A、101940925A、101733110A)。