[发明专利]低温下高效、易再生的氮氧化物净化催化剂

说明书

技术领域

本发明属于工业催化应用领域，具体涉及一种催化剂应用于净化汽车尾气中的NO_x。

背景技术

NO_x是大气环境的主要污染物之一，其重要来源之一是机动车排放的尾气。目前汽车尾气中的NO_x净化催化剂主要包含三部分组成，即催化剂载体、活性涂层和催化活性组分，另外，为了提高催化剂的性能，在活性涂层和催化组分中加入少量的助剂，主要是稀土氧化物和碱土金属氧化物。载体通常有两种几何形式：球状和蜂窝载体，球状载体制备简单成本较低，而且具有较高的比表面积，但机械性能不理想、气流阻力大，实际使用时有不少难以克服的困难，国内对它的研究比较多，但国外的研究和实际应用很少。在我国，目前对汽车尾气净化的研究达到了欧IV水平的三效催化剂，主要采用陶瓷蜂窝状材料或金属作为基体，涂层中主要为高比表面、多孔状的A1₂O₃以及CeO₂-ZrO₂组分涂层在堇青石载体上，活性组分为Pt-Pd-Rh[胡准，孙科强，徐柏庆，“Pt-BaO催化剂的NO_x储存-还原化学及结构-性能关系”，催化学报2011，32，17-26]，但是该类型催化剂在富氧条件下对NO_x的净化效果不佳。目前国内外脱硝的技术主要有三种，NO_x直接分解，选择性催化还原（SCR）及NO_x储存/还原（NSR）技术。然而，无论是目前的三效催化剂还是NSR或SCR催化剂，一般采用的均是贵金属型催化剂。这2种净化技术采用的均是催化剂性能较优的贵金属Pt，Pd或Rh，其贵金属价格昂贵，且资源有限，贵金属催化剂的热稳定性低，抗SO₂中毒性能差和催化剂容易失活，限制了机动车尾气中的NO_x净化催化剂的进一步应用。

目前NO_x净化领域的前沿研究主要集中在提高催化剂的热稳定性和抗SO₂中毒能力，很多研究专注于不断寻找新的催化载体或改变原有载体以提高催化剂的催化性能，因此寻找一种性能好的新型催化剂载体具有十分重要的意义，NO_x净化常用载体有Al₂O₃，CeO₂-ZrO₂等氧化物或复合氧化物。近年来，国内外的相关研究主要集中在提高催化剂的净化效率和降低催化剂的制备成本，我们课题组结合之前的研究，以铝土矿为基体，通过稀土金属、碱土金属和过渡金属和活性金属组成的复合涂层制备了三层汽车尾气NO_x净化催化剂。并通过汽车中实际存在的各种恶劣气氛的模拟，测试催化剂的NO_x净化性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温、高活性、易再生的NO_x选择性催化还原净化催化剂，该催化剂在较宽的空燃比范围内均表现高的NO_x净化活性，且可操作窗口较宽。

本发明提供的汽车尾气净化催化剂包含3层，第一层是采用酸和热处理的铝土矿基体，第二层是稀土金属、碱土金属和过渡金属组成的复合涂层，第三层是Ni、Ag、Mn、V₂O₅、W和Mo等中一种或任意两种组合。

所述催化剂中的基体是酸和热处理的铝土矿，其特征在于：所述酸和热处理铝土矿采用如下办法制备获得：经过弱酸,水热、扩孔、焙烧及氢气处理.具体如下：（1）铝土矿基体的预处理:a:弱酸预处理2-10h,水热130-170℃处理48-96h,焙烧温度400-550℃,氢气还原4-8h.（2）第二层和第三层在60-80℃和快速搅拌下通过涂层方式涂在铝土矿基上，并烘干；（3）然后在400-550℃焙烧。处理后的铝土矿在液氮温度为-196℃下利用氮气吸附/脱附测试比表面积为170-200m²/g，优选190-200m²/g。

所述的催化剂第二层是稀土金属、碱土金属和过渡金属组成的复合涂层，其特征在于：在搅拌下将稀土金属、碱土金属和过渡金属加入到铝土矿的基体的浆料中，搅拌时间1～6h。