[发明专利]一种以烟草植物为模板制备的高储氧量铈锆固溶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于储氧材料及其制备方法技术领域，特别涉及一种以烟草植物为模板制备的高储氧量铈锆固溶体催化剂及其制备方法。

背景技术

铈锆固溶体由于具有良好的储放氧性能和热稳定性，因而在燃料电池、天然气催化燃烧、机动车尾气催化净化和含氯挥发性有机物(VOCs)催化净化等领域有很重要的作用。铈锆储氧材料的储氧性能和氧化还原性能与Ce-Zr-O固溶体的氧空穴浓度、氧空位的迁移率、表面积以及阴离子缺陷的形成等因素密切相关。为进一步改善铈锆固溶体的储氧能力，通常通过优化材料的制备方法和掺杂其他金属元素形成多组分复合氧化物，以获得更优的组织结构、储放氧性能和催化性能。掺杂外来元素主要有以下两方面的影响：一方面通过改变掺杂离子半径，使晶格内部原子重排，晶体结构发生重组和不同程度的畸变，产生结构缺陷，有效降低氧在晶格中的扩散阻力；另一方面通过引入价态低于Ce⁴⁺和Zr⁴⁺的阳离子，利用晶格的电价平衡使晶体中产生氧空穴，提高体相氧的扩散速率。掺杂的第三组份主要有铝、碱土金属、过渡金属和稀土金属等。然而，第三组份的掺杂原理和掺杂方式对铈锆固溶体的氧化还原性能影响极大。而通过优化材料制备方法，例如采用共沉淀法、络合法、模板法或溶胶凝胶法等，对铈锆固溶体的组织结构性质、储放氧性能、催化性能和热稳定性能也有很大的影响。而本发明公开的就是一种优化材料的制备方法。

专利申请CN 201310055861.5公开了一种用共沉淀法制备铈锆基储氧材料的制备工艺，其以硝酸为溶剂，用共沉淀法制备掺杂了镧、钇、镨或钕中的至少两种稀土元素的铈锆基储氧材料，该材料比表面积为45m²·g^-1,储氧量为700μmol·g^-1。专利申请CN 02110040.3公开了一种氧化铈氧化锆复合物的制备工艺，该工艺需要在100℃以上对沉淀物进行热处理。专利申请CN 101511479A公开了铈、锆、钇、镧和另外稀土元素的组合物及其制备方法，该制备方法也要对沉淀物进行热处理，热处理温度在100℃以上，并在沉淀物中添加了表面活性剂。专利申请CN 201110377617.1公开了用氨水做沉淀剂，制备铈锆基固溶体稀土储氧材料及其制备方法，但还加了有机酸和表面处理剂等。专利申请CN 201210257202.5公开了一种用共沉淀法-超临界干燥法相结合制备Ce-Zr-Mg-O复合氧化物储氧材料的方法，在300℃下静态储氧量为905.4μmol[O]·g^-1,比表面积为63.8m²·g^-1。专利申请CN 201210546804.2公开了一种用沉淀法制备的铈锆镧钇稀土储氧材料，但所得沉淀物要在50-150℃下陈化16-50h。专利申请CN 201410040198.6公开了一种大比表面的稀土储氧材料铈锆铝镧镨，比表面积达到120m²·g^-1，新鲜储氧量达到400-500μmol·g^-1，1000℃老化后储氧量为60-120μmol·g^-1。专利申请CN 201210237927.8公开了用一种用于汽车尾气催化净化的储氧材料Ce_0.7Zr_0.23La_0.06O₂,以在氧化环境中存储氧并在还原环境中释放氧的方式测得其储氧量为1905μmol·g^-1(老化前)和1772μmol·g^-1(老化后)。专利申请CN 201310578031.0公开了一种铈锆铝复合氧化物储氧材料及其制备方法，制备的铈锆铝有大的比表面积(200-240)m²·g^-1，但要添加两种表面活性剂，且制备工艺较复杂。专利申请CN 201310204749.3公开了一种层状结构储氧材料及其制备方法，所制备的Yba(Co_0.9Ce_0.1)₄O₇储氧量达到3822.9μmol·g^-1，但使用了四种金属盐，制备工艺较复杂，不易于实现工业化。专利申请CN 200710304719.4公开了用微乳液法制备的纳米铈锆固溶体，其储氧量达到910μmol·g^-1。专利申请CN 201410043258.X公开了用超声膜扩散法制备三元催化材料，所制备的Ce _0.6Zr_0.4O₂储氧量达到366μmol·g^-1。