[发明专利]一种同时消除NO和炭烟颗粒物的三维复合氧化物催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种同时脱除NO和炭烟颗粒物的三维复合氧化物催化剂及其制备方法和用途，所述制备方法为：在搅拌条件下，将铈源、铁源和锆源溶解于有机溶剂中，然后于20～45℃下搅拌均匀，形成前驱体溶液；称取模板剂加入前驱体溶液中浸渍、抽滤并干燥；干燥所得固体在加热炉中先进行第一次升温并保温，然后进行第二次升温并保温，即得三维复合氧化物催化剂。该三维复合氧化物催化剂为铈铁锆复合氧化物，其组成为Ce_0.9‑xFe_xZr_0.1O₂，其中x＝0.1～0.4。该催化剂能够将炭烟颗粒物燃烧转化为CO₂的温度以及NO转化的温度降低到同一个范围内，同时提高NO的转化率和催化炭烟燃烧的活性。

技术领域

本发明属于污染物净化技术领域，涉及一种同时消除NO和炭烟颗粒物的催化剂及其制备方法，尤其涉及一种同时消除NO和炭烟颗粒的三维有序大孔复合氧化物催化剂及其制备方法。

背景技术

为了缓解人们所面临的资源和环境问题，柴油机替代汽油机备受人们的青睐。与汽油机相比，柴油机因其燃烧热值高、动力足、经济性好以及耗油率低等优点而被广泛的应用。但是，柴油机带来的危害不容忽视，其不仅制约了经济的发展，并且其排放的污染物如炭黑颗粒、NOx、CO和HC等也严重威胁着人类健康。

一氧化碳(CO)与血液中的血红蛋白结合的速度非常快，高出氧气250倍，CO经呼吸道进入血液循环，与血红蛋白亲合后生成碳氧血红蛋白，从而削弱血液向各组织输送氧的功能，危害中枢神经系统，造成人的感觉、反应、理解和记忆力等机能障碍，重者危害血液循环系统，导致生命危险。HC包含烷烃、烯烃和芳烃等200多种有机化合物，其中所含的多环芳香烃(PAN)进入人体的呼吸系统可诱发肺癌，另外一种烃类化合物苯并芘(BaP)是光化学烟雾形成的主要污染物，同样具有致癌作用。高浓度的NO能引起中枢神经障碍，影响肺功能，容易引起咳嗽和气喘，甚至是肺气肿。在阳光的照射下NO与HC结合发生化学反应，在地面容易形成光化学烟雾。炭黑颗粒可深入人体肺部造成机械性超负荷，损伤肺内各种通道的自净机制，从而使其他化合物发挥致癌作用。另外，长期接触细微的炭黑颗粒，会增加肺部疾病或肺癌的发病风险。随着全社会环保意识和健康意识的不断提高，机动车尾气排放法规不断升级，排放标准也越来越严格。因此，减少机动车尾气的污染，强化机动车尾气污染控制与净化措施十分重要且迫在眉睫。

由于柴油机的炭黑和氮氧化物排放机内净化存在trade-off关系，通过单一的机内措施或燃油预处理以及燃烧过程的优化等技术难以同时令NOx和炭黑颗粒的排放符合严格的排放标准要求。近年来，人们主要通过研究颗粒捕集器来净化柴油车尾气中的颗粒物，但是，净化不足会导致柴油车背压过大，从而影响柴油机的性能，因此研究开发合适的净化技术迫在眉睫。

催化剂的后处理技术被公认为是能有效地降低柴油机污染排放的一种技术。催化剂后处理技术是在机动车尾气排放路径上安装催化剂，将有毒有害的CO、HC和NO_x转变为环境友好的CO₂、H₂O和N₂。传统的催化剂为三效催化剂(TWC)，以贵金属(Pt、Rh和Pd)为活性组分，在一定的空燃比范围内将CO、HC和NO_x同时消除90％以上。由于贵金属存储量低，价格昂贵，增加了催化剂的成本，过渡金属由于价格低廉并具有很高的催化效率而备受青睐。同时，由于柴油车尾气为稀燃气氛，需要提供外加的还原剂来才能还原NO_x。

选择催化还原(SCR，Selective Catalytic Reduction)技术就是在催化剂的作用下，在一定温度下，利用外加还原剂的选择性，优先与NO_x反应，将其还原为N₂和H₂O，常用的还原剂有NH₃(尿素)和HC。