[发明专利]一种混合离子‑电子导体氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化材料技术领域，具体涉及一种混合离子-电子导体氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂及其制备方法。

背景技术

与汽油车相比，柴油车具有良好的动力性、经济性、耐久性和二氧化碳排放量低等优点，使其近年来得到了快速发展和广泛应用。但柴油机尾气中含有的大量碳烟( soot) 对环境和人体的危害极大，是造成环境污染和危害人体健康的主要污染物之一。

减少碳烟颗粒物污染最直接的后处理方法，就是通过颗粒捕获器DPF（Diesel Particulate Filter）将颗粒物捕获收集，被认为是最有前途的柴油机尾气处理技术。由于碳烟颗粒的热分解温度高达875K，柴油车的排气温度为450-675K，不足以完全氧化碳烟颗粒，碳烟颗粒随着时间增加不断地在DPF载体上沉积，会造成排气阻力增加，导致发动机动力性、经济性恶化。DPF的安全、彻底再生是柴油机性能和排放的重要保障。在DPF表面负载碳烟催化剂来降低碳烟的燃烧温度，实现DPF的被动再生。目前催化剂大部分需要在NO₂辅助下进行，迫切需要开发无需NO₂辅助的氧气催化燃烧碳烟颗粒的催化剂。

影响催化再生的关键因素包括催化剂本身的氧化还原特性、催化剂与碳烟的接触能力、催化剂的稳定性等。目前开发的大部分碳烟催化剂在紧密接触时能有效降低其燃烧温度，但松散接触时催化性能低。催化剂材料通常具有纳米尺寸，在催化剂使用过程中纳米颗粒长大使催化剂活性降低。

Ba_xSr_1-xCo_yFe_1-yO_3-δ是一种固体氧化物燃料电池的阴极材料，同时具有氧离子导电性和电子导电性的特点，有望成为新一代的碳烟燃烧催化剂。硅藻土中包含大量的纳米微米级的气孔，因此具有很大的比表面积，是很好的催化剂载体。本专利开发了一种高活性、高稳定性、在松散接触下有效降低碳烟燃烧温度的催化剂。

发明内容

本发明目的在于克服上述技术缺陷，提供一种高活性、高稳定性、在松散接触下有效降低碳烟燃烧温度的催化剂。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现: 一种混合离子-电子导体氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂，其特征在于：该催化剂包含混合离子-电子导体氧化物和硅藻土两种组分，其中混合离子-电子导体氧化物的分子式为Ba_1-xSr_xCo_1-yFe_yO₃，0.3≤x≤0.7，0≤y≤0.5；混合离子-电子导体氧化物是硅藻土质量的10~80%。

本发明的混合离子-电子导体氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包含以下几个步骤：

(1) 按混合离子-电子导体氧化物的分子式Ba_1-xSr_xCo_1-yFe_yO₃（其中0.3≤x≤0.7，0≤y≤0.5）要求分别称取钡盐、锶盐、钴盐、铁盐溶于蒸馏水中，再加入硅藻土分散均匀，并在70~90°C加热搅拌制得均匀混合液；

(2) 然后往步骤（1）混合液中加入柠檬酸和乙二醇，用稀硝酸溶液调节混合液的pH值为1~3，并在70~90°C继续加热搅拌直至形成湿凝胶；

(3) 将步骤（2）湿凝胶在120~150°C烘干得到干凝胶；

(4) 将步骤（3）干凝胶在400~800°C煅烧1~10h，得到混合离子-电子导体氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂，其中混合离子-电子导体氧化物是硅藻土质量的10~80%。

步骤（2）中钡盐、锶盐、钴盐、铁盐包括硝酸盐、醋酸盐或柠檬酸盐。

步骤（2）中柠檬酸的摩尔数是金属离子总摩尔数的1~2倍。

步骤（2）中乙二醇的摩尔数是金属离子总摩尔数的2~8倍。