[发明专利]净化柴油车尾气氮氧化物与碳颗粒催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种车尾气净化剂及其制备方法，特别是涉及一种净化柴油车尾气氮氧化物与碳颗粒催化剂及其制备方法。

背景技术

随着我国汽车保有量的快速增长，尾气中大量可吸入的碳烟颗粒（PM）排放到大气环境，成为引发雾霾天气主要原因之一。近几年，我国发生大范围持续雾霾天气，受影响面积占到国土面积的1/4，受影响人口达6亿。PM会引发支气管和心脑血管，甚至肺癌等重大疾病，对民众健康构成极大威胁。而汽车尾气中柴油车的PM排放量比汽油车高30-80倍，是城市大气中PM的主要贡献源。柴油车排出的氮氧化物（NOx），既是光化学反应的参加者，又是光化学反应的一种产物。它存在于大气中能对人体产生危害，造成城市环境大气污染，降低大气能见度，并刺激人眼、鼻、喉、肺，同时伤害植物。经过反复的调查研究，三千万辆汽车排气每天向大气中排放四千多吨的NOx。这些气体受阳光的作用，生成光化学烟雾。对人类的健康和生存环境构成很大的威胁。因此，柴油车PM与NOx的减排和治理已成为我国环保领域的研究热点。

目前，Pt、Pd、Rh和、Au等贵金属催化剂对柴油车PM与NOx的净化展示了良好的催化活性，但成本高、易中毒等问题限制了其应用和推广，因而选用非贵金属催化剂是必然趋势。非贵金属催化剂主要包括单一金属氧化物催化剂和复合金属氧化物催化剂。单一金属氧化物催化剂（如TiO₂、V₂O₅、CuO和CeO₂）的活性取决于氧化物比表面积与原子表面移动性能，但单一金属氧化物催化剂最大的缺点就是热稳定性不高，导致催化剂活性降低。而相对于单一金属氧化物催化剂，复合金属氧化物催化剂由于活性组分间存在协同效应，使其表现出更高的活性和稳定性。近年来，钙钛矿型、尖晶石等复合型金属氧化物作为净化柴油车尾气催化剂的相关报道较多，而具有较好的热稳定性和机械强度的尖晶石催化剂净化柴油车尾气NOx与PM催化性能的研究报道较少，尤其本发明所涉及的低温合成多孔泡沫状尖晶石结构的Ce_xCo_1-xCr₂O₄催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种净化柴油车尾气氮氧化物与碳颗粒催化剂及其制备方法，具有高孔隙率、高比表面积、纳米泡沫状尖晶石结构的消除柴油车尾气PM与NOx催化剂及其制备方法，解决了催化剂对柴油车尾气中PM与NOx净化效果不理想的技术问题。有效控制了合成成本，且催化剂及其前驱体对环境无毒性。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

净化柴油车尾气氮氧化物与碳颗粒催化剂，所述催化剂为Ce_xCo_1-xCr₂O₄尖晶石催化剂，由呈正二价的钴元素或呈正二价的钴元素与呈正四价的铈元素共同构成尖晶石AB₂O₄结构的A位，铬元素构成B位，其中：0≤X≤0.2；铈元素、钴元素和铬元素与氧元素的摩尔比为1:2:4；通过晶相分析，所述的催化剂中呈尖晶石结构占95%～99%。

净化柴油车尾气氮氧化物与碳颗粒催化剂制备方法，所述方法包括以下步骤：

1）用去离子水分别配制离子浓度为0.5~1.0mol/L的A类金属盐溶液和离子浓度为1~2.0mol/L的B类金属盐溶液；

2）按照铈元素与钴元素二者的配比（由X值确定），分别量取5~60mlA类金属盐混合溶液，5~60mlB类金属盐溶液，将二者在磁力搅拌下混合均匀；

3）用去离子水配制尿素与NaCl，或者为KCl的混合溶液，其中尿素浓度为2~9mol/L，NaCl，或者为KCl浓度为0.5~9mol/L，二者作为低温合成催化剂反应的催化剂与助催化剂有助于提高催化剂纳米粒子的分散性，增大催化剂的比表面积；

4）取步骤2的混合溶液10~100ml，取步骤3的混合溶液10~10ml，将二者混合后，在50~70℃温度下强力搅拌1~3h，然后放入80~120℃烘箱内至烘干，再放置于150~350℃焙烧1~3h，获得蓬松状粉体；

5）将步骤4获得的粉体，用40~60℃去离子水洗涤，后放入80~120℃烘箱内烘干，即可获得Ce_xCo_1-xCr₂O₄尖晶石催化剂。