[发明专利]一种网状结构涂层催化过滤器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种网状结构涂层催化过滤器及其制备方法。为棒状材料堆积形成具有网状结构的催化剂涂层，组分包括：稀土铈、镧系元素制成的第一组分，过渡金属银制成的第二组分，贵金属铂、钯制成的第三组分，质量百分比是80～99：1～20：0.1～0.5；采用络合沉淀一步涂覆法将涂层涂覆于颗粒过滤器孔道内。本发明制备的网状结构涂层催化过滤器由棒状铈材料或复合铈基材料随机排列组成，该颗粒捕集器具有高催化性能，尤其是在柴油车正常运行工况温度下的催化性能，能降低捕集器在使用过程中碳烟累积速率，延长主动再生周期，节约发动机运行油耗；还同时能起到降低背压和增强捕集效率的作用。

技术领域

本发明属于内燃机尾气处理技术领域，特别涉及一种具有特殊网状结构形貌涂层过滤器以及其制备方法和在柴油尾气净化领域应用。

背景技术

柴油机具有很好的燃油经济性和耐久可靠性，但同时其污染物排放也显著高于其他燃料的内燃机，据生态环境部统计柴油车NOx排放量超过汽车排放总量的80％，颗粒物(PN)排放量超过90％。柴油机微粒过滤器(DPF)作为解决柴油机尾气颗粒排放的关键技术已应用多年，是解决柴油车颗粒物污染的最有效手段之一。由于颗粒物在过滤器上的积累，过滤器可能被堵塞，过滤器的压降会提高，因此过滤器必须周期性再生去除捕集的碳烟颗粒。

碳颗粒物的起燃温度通常为约600℃。柴油机废气的温度通常低于450℃，因此需要额外提供能量将尾气温度提升至600℃进行主动再生，该过程以牺牲燃料效率来达到的。在DPF载体上涂覆催化涂层提高碳烟反应速率，尤其是在小于450℃时的碳烟反应速率，能显著降低主动再生频率，提升燃油经济性。表面涂覆催化剂的柴油颗粒过滤器影响催化性能的关键因素包括催化剂本身的氧化还原特性、催化剂与碳烟的接触能力、催化剂的稳定性等。目前公开专利大多数通过提高PGM(PLATINUM GROUP METAL，铂族金属)族成分含量或者通过分段分层涂覆的方式来提升反应速率，但PGM成本高和分段分层制备工艺复杂。除此之外，捕集效率和排气背压也是评价柴油过滤器性能的一大因素，捕集效率和排气背压通常是此消彼长的关系，在DPF表面涂覆催化剂后能提高捕集效率但也会一定程度提升排气背压，过高的排气背压会影响燃油经济性与发动机性能。目前的碳烟催化剂多为粉末状或者颗粒状，这类催化剂虽然比表面积高，但涂覆在过滤器表面后催化剂颗粒会进入过滤壁内堵塞气体通道，导致显著增加排气背压。同时碳烟累积在过滤器表面容易形成碳烟饼层，碳烟饼层的会大幅减少与颗粒催化剂的接触面积，使得催化剂的高比表面积特性并不能充分利用，极大的降低了催化效率，导致实际应用价值降低，而且由于颗粒催化剂比表面积高，通常容易导致高温团聚，抗老化性能较差。

例如中国申请CN106807396 A中公开了一种含有过渡金属元素Mn单分散微米球状碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用，该催化剂为单分散微米球状颗粒过渡金属氧化物型催化剂，该单分散微米球状颗粒粒径分布为200～1000nm，由于较小的颗粒尺寸，当其在载体孔道表面形成涂层后会显著增加排气背压，不利于发动机的运行。

中国申请CN110013849 A发明提供一种原位络合燃烧法制备银掺杂改性锰基莫来石催化剂，Ag纳米颗粒尺寸粒径在2-4nm，由于颗粒小，极易团聚导致催化活性降低。

中国申请CN102762827 A公布了一种了包含两个涂层一种柴油颗粒过滤器，该过滤器涂覆方法过于复杂，需要两次涂覆不利于工业应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种网状结构涂层催化过滤器及其制备方法，该网状结构涂层由棒状铈材料或复合铈基材料随机排列组成，该颗粒捕集器具有高催化性能，尤其是在柴油车正常运行工况温度下的催化性能，能降低捕集器在使用过程中碳烟累积速率，延长主动再生周期，节约发动机运行油耗。该颗粒捕集器还同时能起到降低背压和增强捕集效率的作用。

本发明采用一步制浆法将所需稀土氧化物前驱体材料和活性组分一起溶解于浆料中，然后将DPF载体浸渍于浆料中，真空抽涂、干燥、焙烧得到该柴油颗粒捕集器。

本发明通过以下技术方案实现：