[发明专利]稀燃缸内直喷内燃机微粒氧化催化器用催化剂

说明书

技术领域

本发明属于内燃机用微粒净化催化剂，具体涉及一种稀燃缸内直喷内燃机微粒氧化催化器用的催化剂及其制备负载方法。

背景技术

稀燃缸内直喷内燃机由于扩散燃烧，所以不可避免的会产生大量碳烟微粒（Particulate Matter-PM），并通过尾气排放到大气中。并且这种微粒的空气动力学直径小于2.5微米，属于超细颗粒物，对环境和人体健康危害较大。随着国内外机动车排放法规日益严格，针对稀燃直喷式内燃机微粒排放净化技术的研究成为热点。其中微粒氧化催化器技术由于生产成本低、净化效率高，在国内外得到了广泛的应用。

目前微粒氧化催化器中的催化剂主要采用铂、钯等贵金属催化剂，不仅价格较高，而且抗硫性能较差。尤其国内原油硫含量高、炼油技术相对较差、质量不稳定，因此开发出低成本、高抗硫性的微粒氧化催化剂，对提高微粒氧化催化器的技术意义重大。“取代型钙钛矿复合氧化物”材料具有良好的催化氧化性能和抗硫性能，该种钙钛矿复合氧化物有可能作为贵金属催化剂的替代物，但是其在微粒氧化催化器上的应用性能及组成优化策略存在着诸多难题，本发明的内容就是为解决此问题而提出。

发明内容

本发明的目的是，提供一种稀燃缸内直喷内燃机微粒氧化催化器用催化剂及其制备方法。

理想的钙钛矿金属氧化物是以A位或B位阳离子为结点的立方晶体，常以ABO₃表示。其中，离子半径较大的A位金属离子和氧组成12面体，离子半径较小的B位金属离子和氧组成8面体空间结构。A位原子通常为稀土元素、碱金属或碱土金属离子，B位为过渡金属元素。钙钛矿结构一般比较稳定，在A位和B位被其他金属离子部分取代后仍能保持晶体结构基本不变。对于未经取代的钙钛矿催化剂，它的氧化还原特性和催化活性主要由B位金属离子的种类决定；而A位离子主要起着催化剂晶体的骨架和稳定结构的作用，通过和B位金属的协同作用，影响着钙钛矿材料的催化活性。采用其他阳离子A′或B′分别部分取代A位和B位阳离子时，钙钛矿结构中产生阳离子空位或晶格氧空位，得到调变后的A_xA′_1-xB_yB′_1-yO₃结构，这种催化剂的活性和稳定性都在一定程度上得到提高。

依据该原理本发明的化学组成和结构为：采用A位铈元素部分取代、B位铋元素部分取代的LaMnO₃钙钛矿复合氧化物作为催化剂，其中钙钛矿结构A位的La离子与Ce离子的摩尔百分比为：10～30%／90～70%，摩尔百分比之和为100%；钙钛矿结构B位的Bi离子与Mn离子的摩尔百分比为：10～50%／90～50%，摩尔百分比之和为100%。

在催化剂的负载方法方面：

A位铈元素部分取代、B位铋元素部分取代的LaMnO₃钙钛矿复合氧化物催化剂与作为涂层基质的γ-Al₂O₃的质量百分比为：10～30%／90～70%，质量百分比之和为100%；

A位铈元素部分取代、B位铋元素部分取代的LaMnO₃钙钛矿复合氧化物催化剂和γ-Al₂O₃所组成涂层的总质量与微粒氧化催化器的金属载体的质量百分比为：10～20%／90～80%，质量百分比之和为100%；

涂层中的γ-Al₂O₃分别来自纯质γ-Al₂O₃和拟薄水铝石煅烧后生成的γ-Al₂O₃，且来自纯质γ-Al₂O₃和来自拟薄水铝石煅烧后生成的γ-Al₂O₃的质量百分比为：50～70%/50～30%，质量百分比之和为100%。

稀燃缸内直喷内燃机微粒氧化催化器用催化剂的制备及负载方法，具体工艺包括以下四个步骤：

（1）制备及负载催化剂原料用量的确定；

（2）催化剂的制备；

（3）涂层浆料的制备；

（4）涂层浆料的负载。