[发明专利]一种稳定的钾基碳烟燃烧催化剂的制备方法及所得产品

说明书

本发明公开了一种稳定的钾基碳烟燃烧催化剂的制备方法及所得产品，将具有孔道结构的六方相三氧化钨（HWO）浸渍到钾（K）盐溶液中充分搅拌混合，经蒸干、干燥和焙烧，然后再水洗、干燥，得到稳定的钾基碳烟然烧催化剂（K‑HWO）。本发明制备的K‑HWO可以将K限域在HWO的分子孔道中，从而防止K流失。同时，K‑HWO催化剂中的K既能稳定HWO的六方相结构又是催化碳烟然烧的活性组分，与HWO相比，碳烟的起燃温度（T₅₀）降低了约60℃，并且具有良好的循环稳定性，是一种很好的碳烟燃烧催化剂。

技术领域

本发明涉及一种稳定的钾基碳烟燃烧催化剂的制备方法，这种方法操作简单、方便，还涉及按照此方法得到的稳定的钾基碳烟燃烧催化剂以及该产品在催化碳烟燃烧中的应用，属于催化材料制备技术领域。

背景技术

机动车尾气排放的颗粒物（PM）对大气环境和人类的身体健康造成严重的危害，根据生态环境部发布的《中国移动源环境管理年报（2019）》，柴油车所排放的颗粒物占机动车总颗粒物排放的84.6%，是机动车污染防治的重中之重。目前，DPF（Diesel ParticulateFilter，颗粒物过滤器）为控制PM（Soot）的商业化技术，通常为降低DPF的再生温度，还需要在DPF上涂覆Soot燃烧催化剂。因此，开发一种高性能的碳烟燃烧催化剂是解决Soot污染问题的关键。

碳烟燃烧催化剂一般包括贵金属基、氧化物基和碱金属基三类，其中，碱金属，特别是钾（K）基催化剂，由于储量丰富、价格便宜，有巨大的应用价值。目前，K基催化剂可分为两类，一类为载体表面负载的K，但这种K与载体的相互作用弱，易流动，相对自由，因此可以改善与碳烟的接触而表现出较高的活性，但这也造成K活性成分容易流失，从而导致催化剂活性降低，循环催化活性差；另一类K基催化剂是将K嵌入载体的晶格，这类K相对稳定，不易流失，但是这使K的活性无法充分发挥，造成催化活性显著降低。因此，如何设计一种既具有热稳定性又具有高活性的K基碳烟燃烧催化剂是非常具有挑战性的。

发明内容

为了解决现有技术存在的负载型K基催化剂K容易流失和低活性的问题，本发明提供了一种稳定的钾基碳烟燃烧催化剂的制备方法及所得产品，该方法采用简单的浸渍焙烧法将K负载到六方相三氧化钨（HWO）的孔道中，操作简单，所得产品中K不易流失、稳定性好。

本发明制备的稳定的钾基碳烟燃烧催化剂经试验验证具有良好的热稳定性和循环稳定性，且具有较高的碳烟催化活性，应用价值较高。

HWO具有六方孔道结构，可以将K限域在HWO的孔道中，从而防止K流失。目前常用的负载方法是浸渍焙烧法，即将K前驱体浸渍到HWO上，然后通过焙烧、水洗将K活性成分保留在HWO的孔道中。但是，根据现有理论，HWO的耐热温度低，在500 ℃左右会缓慢变成单斜相，孔道结构消失无法对K进行限制和固定，从而使催化碳烟的稳定性和活性降低。基于这些技术难题，发明人进行了大量的研究和实验，通过对焙烧过程的改进，惊奇的发现K的负载有稳定HWO晶相的作用，可以避免HWO变相的问题，得到的稳定的钾基碳烟燃烧催化剂具有稳定性高、活性好的优点。

本发明具体技术方案如下：

一种稳定的钾基碳烟燃烧催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）将六方相三氧化钨浸渍到钾盐水溶液中，得到混合物；

（2）将上述混合物蒸干水分，然后干燥、焙烧，焙烧后的产物再进行水洗、干燥，得稳定的钾基碳烟燃烧催化剂。

进一步的，步骤（1）中，所述钾盐为硝酸钾、醋酸钾、氯化钾或硫酸钾。钾盐水溶液的浓度没有特殊要求，只要不影响钾盐的负载即可。

进一步的，步骤（1）中，当钾盐为硝酸钾、醋酸钾或氯化钾时，钾盐以钾计与六方相三氧化钨和钾盐的质量之和的比值为4.5-7.5:100；当钾盐为硫酸钾时，钾盐以钾计与六方相三氧化钨和硫酸钾的质量之和的比值为5-15:100。