[发明专利]一种氧化铈-氧化锆固溶体催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化铈‑氧化锆固溶体催化剂的制备方法，该方法是先称取CeCl₃·7H₂O和ZrOCl₂·8H₂O加入去离子水搅拌至完全溶解，然后在剧烈搅拌下逐滴加入K₂CO₃水溶液直至溶液pH值为8.2‑10.2；滴加完毕后得到的悬浮液常温陈化12h，陈化后的悬浮液再转移到晶化釜中放入恒温干燥箱进行水热反应，待晶化釜自然降温后，离心并用去离子水洗涤直到氯化物完全消失，干燥后转移到坩埚，放入马弗炉中焙烧得到CeO₂‑ZrO₂固溶体催化剂。本发明方法采用碳酸钾溶液作为沉淀剂并结合滴加与水热法(综合法)实现，制备的催化剂结晶度高，颗粒的长度适中，结合成花状的结合度好，比表面积大。

技术领域

本发明涉及一种氧化铈-氧化锆(CeO₂-ZrO₂)固溶体催化剂的制备方法。

背景技术

目前，环境问题已经成为了一个全球性的重大问题，频频出现在大众眼中的大范围雾霾天气、PM2.5和超微细浮尘颗粒等危害大众健康的名词让人们提心吊胆，这类污染物的主要来源之一就是机动车尾气中的有害物质。汽车尾气净化催化剂主要包括贵金属催化剂和非贵金属催化剂两大类。由于贵金属资源稀少且价格昂贵，因此开发出具有优良催化活性的非贵金属催化剂成为研究的焦点。稀土铈氧化物(CeO_x)作为储氧材料在汽车尾气净化用三效催化剂(Three Way Catalyst，TWC)中得到广泛的应用，它改善了催化剂的空燃比特性，促进贵金属在催化剂表面的分散，从而提高了三效催化剂的反应活性。二氧化铈(CeO₂)具有萤石结构，从室温到熔点都显示有良好的稳定性。其主要催化原理在于CeO₂具有优良的储氧能力，本质是来源于Ce离子的可变价态即Ce⁴⁺可以在还原环境中转变为Ce³⁺而后者又可以可逆地在氧化环境中恢复四价状态。这一可逆的Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原对为把汽车尾气中危害严重的C_nH_m、NO、CO转变为对环境危害较少的CO₂、H₂O和N₂提供了关键的钥匙。然而CeO₂在1000℃高温下，容易发生烧结，比表面积降低，使储氧能力(Oxygen StorageCapacity，OSC)下降，在某种程度上限制了它在实际中的应用范围。所以，许多科学研究者在研究通过在CeO₂中掺杂氧化锆(ZrO₂)形成固溶体来提高CeO₂的结构稳定性和储氧能力，明显改善了CeO₂的氧化还原性和低温催化性能，使其成为目前汽车尾气净化用三效催化剂中不可缺少的一种材料。根据Ce/Zr比和焙烧温度现已确定的此材料的晶体结构有：单斜晶系、四方晶系和立方晶系。

常用CeO₂-ZrO₂固溶体的制备方法有共沉淀法、凝胶溶胶法、高温焙烧法、高能量球磨法等。不同的制备方法对固溶体的晶相结构、表面积、氧化还原性和储氧性能都有较大的影响。制备出性能优良的CeO₂-ZrO₂固溶体对于拓展其应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种CeO₂-ZrO₂固溶体催化剂的制备方法。

本发明的CeO₂-ZrO₂固溶体催化剂的制备方法，包括如下步骤：