[发明专利]一种用于柴油车尾气碳烟颗粒消除的高活性整体式催化剂及其制备方法

说明书

本发明属于柴油车尾气净化技术领域，特别涉及一种用于柴油车尾气碳烟颗粒消除的高活性整体式催化剂及其制备方法。所述催化剂的活性成分为碱金属钾修饰的过渡金属氧化物纳米片阵列，碱金属钾与过渡金属氧化物纳米片阵列的质量百分比为0‑10%且不等于0。本发明催化剂的配方与制备方法简单，合成成本低，对碳烟颗粒的催化消除活性高。

技术领域

本发明属于柴油车尾气净化技术领域，特别涉及一种用于柴油车尾气碳烟颗粒消除的高活性整体式催化剂及其制备方法。

背景技术

柴油发动机由于燃油效率高、运行成本低、耐用性好等优点，已广泛应用于重型卡车、客车、船舶领域，其在机动车市场中所占的份额在稳步增长。然而，柴油发动机尾气中碳烟颗粒物的排放不仅会降低空气质量污染环境，还会危害人类的身体健康。在众多的柴油车尾气污染的后处理技术中，颗粒捕集器与催化剂相结合的后处理技术是最具竞争力的。该技术需要攻坚的核心难题是高活性、高稳定性以及经济性好的催化剂的开发。目前用于催化碳烟燃烧消除的催化剂主要有贵金属、过渡金属氧化物、钙钛矿、水滑石和尖晶石等。这些催化剂基本都是粉体颗粒状的，与碳烟之间的接触效率较低；此外这些催化剂还存在成本高、结构稳定性不高的不足。如何解决以上催化剂的不足，提供一种新型的催化剂，改善柴油发动机尾气中碳烟颗粒物的排放带来的问题是本领域急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于柴油车尾气碳烟颗粒消除的催化剂，所述催化剂活性高，为纳米片阵列整体式催化剂。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种用于柴油车尾气碳烟颗粒消除的高活性整体式催化剂，所述催化剂的活性成分为碱金属钾修饰的过渡金属氧化物纳米片阵列，碱金属钾与过渡金属氧化物纳米片的质量百分比为0-10％且不等于0。

所述的过渡金属优选为钴、锰或铁。

所述的过渡金属的氧化物优选为Co₃O₄、MnO₂或Fe₂O₃。

本发明进一步提供了一种所述高活性整体式催化剂的制备方法，将含有过渡金属离子与结构导向剂的混合溶液进行水热反应获得前驱体；将前驱体干燥后在醋酸钾溶液中浸渍反应，然后干燥、焙烧获得所述催化剂。

结构导向剂可选择六次甲基四胺、尿素或氟化铵。

对于结构导向剂的选择并不仅限于上述方式，可按照本领域的常规方法进行调整，如改变结构导向剂以及结构导向剂的加入量都可。但上述改变并不影响本发明的结论，即，采用碱金属钾对不同过渡金属纳米片阵列修饰后，都会导致催化剂对碳烟催化活性的提高。

优选将泡沫镍置于水热反应装置中，使前驱体负载于泡沫镍上。具体的，可将泡沫镍在水热过程中倾斜放入水热釜的内衬中。

水热反应可在但不限于在95℃下进行，反应时间控制在8小时左右即可。

浸渍反应时将前驱体浸入0.1-1mol/L的醋酸钾溶液中浸渍15-60min。优选，将前驱体浸入0.5mol/L的醋酸钾溶液中浸渍60min。

浸渍反应后于120℃下干燥，并在静态空气氛围下500-700℃焙烧2-4h。

以获得Co₃O₄纳米片阵列催化剂为例，优选将含有钴离子与结构导向剂六次甲基四胺的混合溶液进行水热反应获得前驱体；将前驱体干燥后在浓度为0.1-1.0mol/L的醋酸钾溶液中浸渍反应60min，然后干燥、并于静态空气中焙烧获得钾修饰的Co₃O₄纳米片阵列催化剂。

具体的，催化剂的制备方法如下：