[发明专利]一种用于消除柴油机碳烟的低温燃烧催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于消除柴油机碳烟的催化材料，属于环境催化领域。

背景技术

与汽油车相比，柴油车具有良好的动力性、经济性、耐久性和低二氧化碳 排放量等优点，使其近年来得到了快速发展和广泛应用。但柴油机尾气中含有 的大量碳烟(soot)对环境和人体的危害极大，是造成环境污染和危害人体健康 的主要污染物之一。因此，在环保法规日趋严格的今天，有效控制碳烟颗粒物 的排放是发展柴油机急需解决的关键问题。在不改变现有发动机系统以及燃料 结构的前提下，过滤器与碳烟低温燃烧催化剂相结合的方式被认为是最有前途 的柴油机尾气处理技术，碳烟燃烧低温高活性催化剂的研制也具有越来越重要 的地位。

在众多的柴油机排放碳烟燃烧催化剂中，负载型贵金属催化剂和碱金属修 饰的过渡金属氧化物催化剂具有较高的催化活性。但贵金属资源匮乏，价格昂 贵，易中毒失活，还原较困难，而且污染环境。钙钛矿类氧化物作为碳烟燃烧 催化剂已有报道，但是其活性还不能满足实际要求。碱金属氧化物由于具有较 低的熔点，常作为添加剂提高催化剂性能，但碱金属蒸气压较高，易于流失， 不利于催化剂的稳定性。因此，研制一种成本低、活性好、寿命长、污染小的 催化剂用于碳烟污染物的处理，对解决柴油机污染问题具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种结合Fe₂O₃和ZrO₂的铈基复合催化材料，用于处理 柴油机碳烟污染物。Fe₂O₃价格低廉，将价态较低的Fe³⁺引入CeO₂晶格中，不仅 能显著提高氧化铈的储放氧性能，而且铁物种的存在还能改善CeO₂的表面状态， 促进氧吸附位的形成；而将半径较小的Zr⁴⁺掺入CeO₂晶格中，则可有效地提高 CeO₂的稳定性和抗烧结能力。因此，采用Fe和Zr修饰的铈基材料来处理碳烟， 可以在显著降低成本的同时，提高污染物的处理效率。

为实现上述发明，本发明的技术方案如下：

本发明主要是制备Fe和Zr掺杂的铈基材料。制备过程如下：

方法1：共沉淀水热合成法

取Ce、Fe、Zr的硝酸盐按预定摩尔比(其中CeO₂的摩尔百分含量为50％， Fe₂O₃的摩尔百分含量为5％-50％，ZrO₂的摩尔百分含量为45％-0％，这三种氧化物 合计摩尔百分含量为100％)配制成总浓度为0.1-1mol/L的盐溶液，再加入适量 的H₂O₂，充分搅拌，均匀混合。在剧烈搅拌下，将上述混合溶液以2-10mL/min 的速度滴入3-8mol/L的氨水中，得到沉淀物。沉淀完全后继续搅拌30-120min。 老化30-180min后移去部分上层清液，将所得沉淀物移入高压反应釜中(填充 度为50-70％)，于160-240℃时保温24-72h。所得产物用去离子水和乙醇分别 洗涤后，80-120℃干燥6-24h，得到目标催化剂。

方法2：机械混合法

采用方法一制备出纯CeO₂、Fe₂O₃和ZrO₂粉末后，按预定摩尔比(其中CeO₂的摩尔百分含量为50％，Fe₂O₃的摩尔百分含量为5％-50％，ZrO₂的摩尔百分含量 为45％-0％，这三种氧化物合计摩尔百分含量为100％)将得到的CeO₂、Fe₂O₃和ZrO₂粉末混合均匀，高速球磨30-120min后，得到目标催化剂。

利用价格较低廉的原材料，采用简单无污染的制备方法，制得的材料用于 处理柴油机碳烟污染物，此材料具有以下优点：

(1)不使用贵金属和碱金属，而利用价格较低廉的CeO₂、Fe₂O₃和ZrO₂，不 仅没有二次污染，还充分发挥了我国稀土资源大国的优势，显著降低了催化剂 的成本；