[发明专利]一种可用于汽车尾气NOx高效催化的纳米多孔网柱材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环保净化材料制备技术领域，具体涉及一种可用于汽车尾气NOx高效催化的纳米多孔网柱材料及其制备方法。

背景技术

目前已有较多的纳米材料用于汽车尾气的催化净化领域，使尾气中NO_x通过催化转化，从而无害化排放。Fe_2.44Cr_0.47Mn_0.09O₄尖晶石纳米材料具有较高的比表面积、良好的热稳定性，能用于催化剂、生物医学材料和磁性材料领域。该纳米材料通过烧结后，催化性能得到一定提升，可用于汽车尾气净化催化剂领域。

纳米材料制备方法主要有气相沉积法、低温等离子化学沉积法、机械粉碎法、固相化学反应法、热分解法、氧化沉淀法、胶体化学法等。以上这些制备方法目前还存在一些问题，如制备成本较高、产率较低或粒子容易团聚等。本发明所述制备方法以不锈钢（Fe-Cr-Mn）多孔网柱作为起始反应原料，利用多孔网柱的孔隙多、比表面积大、网丝表面可参与水热反应等特点，在碱性溶液中通过近临界水热反应，在网柱孔隙表面原位生长尖晶石纳米颗粒材料（Fe_2.44Cr_0.47Mn_0.09O₄）。该制备方法步骤简单、成本低、易大规模制备，具有较大的推广前景。所制备的纳米多孔网柱材料具有催化位点多、尖晶石纳米颗粒附着牢固等优点，对汽车尾气中的NO_x有较好的催化净化效果，在400 ℃时对NO_X的转化率最高接近95%。

发明内容

本发明的目的是提供一种可用于汽车尾气NOx高效催化的纳米多孔网柱材料及其制备方法。本发明所述的纳米多孔网柱材料由不锈钢（Fe-Cr-Mn）多孔网柱在220~ 300℃水热反应下进行制备，通过调节反应温度、反应时间、溶剂比例、后处理煅烧过程来调节多孔网柱孔隙表面尖晶石纳米微粒的粒径、形貌，进而调变其催化性能。以上网柱孔隙表面生长的尖晶石纳米微粒的组成为Fe_2.44Cr_0.47Mn_0.09O₄。

本发明所述的纳米多孔网柱材料具有如下特点：制备简单，无需昂贵设备，成本低廉，比表面积大，催化位点多，尖晶石纳米颗粒附着牢固，处理过程绿色环保，很有应用前景，并可应用于汽车尾气中氮氧化物NO_x的高效催化净化。

所述的不锈钢（Fe-Cr-Mn）多孔网柱，按质量百分数计，含C≤0.03%，

Mn≤2.00%，P≤0.045%，S≤0.030%，Ni:10.0-14.0%，Cr:16.0-18.0%，其余诸如钴（Co）、锌（Zn）等杂质由于在不锈钢（Fe-Cr-Mn）多孔网柱中含量太低，低于一般仪器的检出限，故可略去。

本发明所述的可用于NOx（x的取值范围是1或2）高效催化的纳米多孔网柱材料及其制备方法，其制备步骤如下：

（1）将不锈钢（Fe-Cr-Mn）多孔网柱（网柱直径为1.5~2.5 cm，网柱高为1-3 cm，网柱孔隙直径为0.05 -1mm，网柱孔隙率为50% - 98%）分别放在无水酒精、5-10%NaHCO₃溶液、2-6%硫酸溶液中超声15-60分钟，后用二次水洗净；

（2）将步骤（1）处理得到的不锈钢（Fe-Cr-Mn）多孔网柱放入80-100 mL混合溶液中，该混合溶液的组成为0.5 ~ 5ml 氨水、30 ~ 60g NaOH，其余为去离子水；

（3）将步骤（2）得到的不锈钢（Fe-Cr-Mn）多孔网柱及混合溶液于220~ 300℃条件下水热反应12~ 60h；

（4）将步骤（3）得到的反应产物冷却至室温，然后先后在无水酒精、一次水、去离子水中超声0.5~20h，去除不锈钢（Fe-Cr-Mn）多孔网柱上残留的杂质；

（5）将步骤（4）得到的产物在30 ~ 90℃下进行干燥10~72小时；

（6）将步骤（5）得到的干燥产物在350~450℃煅烧4~8小时，自然降温到室温，从而得到本发明所述的可用于汽车尾气NOx高效催化的纳米多孔网柱材料。