[发明专利]用于汽油机尾气净化的钙钛矿型催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供用于汽油机尾气净化的钙钛矿型催化剂及其制备方法，将硝酸镧、乙酸锰和硝酸铂置于去离子水中超声分散后，向上述溶液中加入葡萄糖后继续超声分散，将上述溶液蒸发、干燥后得到干凝胶，将上述干凝胶置于空气气氛下煅烧，以1‑3℃/min的速率升温至350‑450℃，保温1‑3h后，以4‑6℃/min的速率升温至750‑850℃，煅烧2‑4h后，制得用于汽油机尾气净化的钙钛矿型催化剂。采用溶胶凝胶法合成钙钛矿材料并提高了催化剂的热稳定性和催化活性，有效促进汽车尾气净化的研究。

技术领域

本发明涉及钙钛矿型氧化物催化剂技术领域，更具体地说涉及一种用于汽油机尾气净化的钙钛矿型催化剂及其制备方法。

背景技术

柴油发动车因其热效率高、油耗低和功率覆盖面广等特性而广泛应用于生产生活中。比汽油机更高的空气压缩比以及高氧气含量使得柴油机具有更好的燃料经济性，而且可以降低碳氧化物和碳氢化合物的排放。但是，在这样的条件下，会产生大量的氮氧化物和碳烟颗粒。目前主要采用柴油机颗粒捕集器(DPF)来净化柴油机尾气。颗粒捕集器一般具有很大的比表面积、较好的热稳定性、很低的热膨胀系数、较轻的质量、很好的通透性和低背压，这些优异的性能能使捕集效率达到60％-90％。唯一的劣势就是随着捕集器捕集颗粒物的增加，背压会随着增加，达到一定的限定值后会对捕集器产生恶劣的影响。因此定期的去除颗粒物，恢复捕集器的工作状态就显得十分的重要。目前常用的是催化再生技术。原理是通过在捕集器上浸渍催化剂来降低碳烟颗粒物进行氧化反应时的活化能，从而降低颗粒物的起燃温度来实现对捕集器的再生。催化再生技术稳定性好，能适应柴油机连续工作的工况。因而研究高效的催化剂成为了目前的热点。

常见的碳烟颗粒物的催化剂主要包括贵金属催化剂、钙钛矿以及金属氧化物催化剂。虽然在催化氧化碳烟颗粒物和氮氧化物上表现出很好的活性，但贵金属催化剂价格昂贵、抗硫性能差，而且在较高的温度下容易烧结或者挥发。金属氧化物催化剂抗硫性能也很差，而且在高温下很容易出现质量损失从而造成二次污染。而钙钛矿资源丰富、成本低廉、化学稳定性和热稳定性优良，对于碳烟颗粒物和氮氧化物有较好的催化氧化性能，前景很好。理想的钙钛矿型氧化物是以A或者B位的阳离子为节点的立方晶体，A位金属离子与其临近的12个氧原子配位形成立方体结构，同时B位金属离子与氧配位在立方体结构内部形成BO₆的正八面体结构。在满足容限因子0.75<t<1的条件下，在A位和B位部分取代不改变整体上的钙钛矿型晶体结构。其中容限因子：t＝(R_a+R_o)/√2(R_b+R_o)，R_a和R_b分别表示A位和B位的原子(离子)半径，而R_o表示氧离子半径。

很多研究都表明，A位金属离子主要起稳定晶格的作用，而B位离子在很大程度上决定了钙钛矿型催化剂的催化活性的高低。明彩兵等人利用sol-gel法用少量(约4％)的贵金属(Pt、Pd、Rh、Au、Ag)在B位部分取代LaCoO₃型系列钙钛矿复合氧化物催化剂，发现催化剂的催化活性得到了提升，其中以Ag取代时的效果最佳，不仅催化效率得到了提升，碳烟颗粒物被催化氧化的温度也下降了整整45℃，降低到了449℃，这是掺杂改变B位离子从而改变晶格的活性氧所达到的效果。为了提升各种催化剂的催化活性，各种各样的解决方案层出不穷，或采用取代，或采用负载，或采用增加比表面积的方法。我们希望能吸取这些方法的优点和材料的优点，来尝试着将贵金属和金属氧化物常用的一些先进的改进方法和思想也应用到钙钛矿的催化活性提升中，以制备出具有很好的低温催化活性的催化材料。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，已有合成方法得到的钙钛矿催化剂热稳定性差、比表面积较小、催化活性低的缺点，提供了一种用于汽油机尾气净化的钙钛矿型催化剂及其制备方法，采用溶胶凝胶法合成钙钛矿材料并提高了催化剂的热稳定性和催化活性，有效促进汽车尾气净化的研究。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。