[发明专利]一种介孔铈锆固溶体的制备方法

说明书

本发明涉及环境催化领域,尤其是一种有序介孔铈锆固溶体储氧材料的制备方法。通过先合成介孔氧化锆前驱体，再利用氧化锆前驱体和稀土盐为原料，合成介孔铈锆固溶体，再焙烧得到产品。产品具有很高的热稳定性，可以用作为三元催化剂的载体材料。

技术领域

本发明涉及环境催化领域,尤其是一种有序介孔铈锆固溶体储氧材料的制备方法。

背景技术

近10年，我国大气雾霾问题越来越严重，人们对控制雾霾的呼声越来越高。汽车尾气排放是雾霾的重要成因，利用三效催化剂（TWC）将汽车尾气中的CO，HC和NO_x同时转化成CO₂、H₂O和N₂，是减少雾霾形成的重要手段。传统的三效催化剂的活性组分主要是Pt、Pd和Rh等，但三效催化剂只有在理论空燃比下才能发挥最大的功效。因此，将储氧材料作为载体或者助剂添加剂应用于三效催化剂中，可以使催化剂在不同空燃比下依旧发挥良好的催化活性。传统的储氧材料主要是氧化铈，但是氧化铈储氧材料的主要问题是热稳定性差，在高温条件下易发生烧结和团聚，从而使其比表面积大幅下降。铈锆固溶体是一种新型的储氧材料，它比传统的氧化铈储氧材料具有更高的热稳定性。虽然，铈锆固溶体具有较好的热稳定性，但是合成比表面积高及热稳定性好的储氧材料依旧具有很大的挑战。Zhao等（JECE,2013, 1, 534-543）发现，通过在铈锆固溶体中引入第二种稀土元素，可以提高固溶体的催化活性和热稳定性。Joo等(Nature Mater.，2009，8，126-131)通过在贵金属表明包裹一层二氧化硅来避免催化剂的烧结，但这种制备方法得到的材料中，贵金属核通常比较大。较小的贵金属核载高温条件下依旧会发生烧结和团聚。还有一种方法是通过合成介孔铈锆固溶体来提高材料的热稳定性。铈锆固溶体中的介孔，一方面提高催化剂暴露活性位点数目，另一方面降低了材料的传热性能，避免材料内部温度过高，进而引起材料的烧结。

专利CN 101920207A以三甲基烷基溴化铵为模板剂，制备了介孔铈锆固溶体。专利CN 104607187A利用三嵌段共聚物作为介孔模板剂，胶体晶体作为大孔模板剂，制备了三维有序大孔-介孔结构铈锆固溶体。专利CN 105664909A以利用三嵌段共聚物作为软模板剂，聚甲基丙烯酸甲酯微球为硬模板剂，制备了有序大孔和介孔复合孔道铈锆固溶体，该催化剂载体在400°C下焙烧后，比表面积高达70~90m²/g。专利CN 101112683A以十六烷基三甲基氯化铵为模板剂，制备了铈锆铝复合物，该复合物在400~500°C下焙烧后，比表面积高达200~250m²/g。专利CN 102407164A在无模板剂的条件下，制备了介孔铈锆铝复合物，该复合物在600°C下焙烧后，比表面积高达240m²/g。专利CN104525180A在介孔模板剂的作用下，制备了铈锆铝镧及掺杂其它稀土元素复合物。专利CN 101966451A利用沉积沉淀法，在十六烷基三甲基溴化铵的辅助作用下，制备了介孔铈锆固溶体。上述介绍的专利都是利用碱液调节铈、锆、镧、镨、铝等元素的混合盐溶液的pH，通过一步沉淀法，并适当的进行老化和焙烧，制备介孔铈锆固溶体。

除了常规的一步沉淀法，专利CN 103495418A利用浸渍法，并在柠檬酸、胶体晶体和介孔模板剂的作用下，制备具有规则介孔的铈锆复合物。专利CN 102807252A利用蒸发诱导多元组装的方法，将铈锆硅等元素共同沉淀，之后将二氧化硅硬模板剂去除，最终的到介孔铈锆固溶体。