[发明专利]三维有序莫来石催化剂及其制备方法、净化方法

说明书

本发明属于碳颗粒净化相关技术领域，其公开了三维有序莫来石催化剂，其适用于柴油机车排放的碳颗粒的催化氧化；所述三维有序莫来石催化剂为具有大孔结构的莫来石型复合金属氧化物，所述大孔结构为均匀有序的反蛋白石结构；所述三维有序莫来石催化剂包括有活性组分，所述活性组分包括稀土金属及过渡金属。本发明还涉及三维有序莫来石催化剂的制备方法及净化方法。本发明主要采用稀土金属和过渡族金属元素，成本较低；大孔结构可以促进碳颗粒进入到孔道内部并进行顺畅的扩散，使得碳颗粒充分与催化剂的表面进行接触，从而提高催化性能。

技术领域

本发明属于碳颗粒净化相关技术领域，更具体地，涉及一种三维有序莫来石催化剂及其制备方法，净化方法。

背景技术

柴油机具有热效率高、经济性好等显著特点，因此，目前大功率机动车柴油化程度不断提高，但柴油机车的碳颗粒物(PM)排放量为汽车的30～80倍，其中70％的碳颗粒物的粒径小于300nm，且吸附有多重有机化合物，被人体吸入后能升入肺泡，且极难排出体外，对人体的危害非常大。因此，如何有效减少碳颗粒在空气中的排放量是柴油机车尾气排放处理的首要任务。

利用微颗粒捕集器是减少柴油机车排放碳颗粒最主要的尾气后处理方法，其原理是使碳颗粒在过滤器中被吸附在过滤介质的表面而起到净化作用。然而，若被吸收在过滤器中的碳颗粒未被及时的去除，将导致过滤器堵塞，增大柴油机车的背压，进而影响柴油机的性能。因此，如何将过滤器上吸附的碳颗粒及时有效的去除，是解决问题的重点。通常采用的方法是在过滤器上负载能使碳颗粒在较低的排气温度下燃烧的催化剂，从而有效地降低柴油机车尾气中碳颗粒的排放量，发动机不至于因为碳颗粒堵塞造成的背压而导致熄火。柴油发动机在工作状态时，碳颗粒的热氧化温度高达550℃～600℃，而柴油机车的排气温度在160℃～400℃。因此，提高柴油机车过滤器上负载催化剂的碳颗粒催化氧化活性，降低碳颗粒的燃烧温度，从而使得碳颗粒过滤器能够连续正常使用，是减少柴油机尾气中碳颗粒排放的最直接有效的方法。

由于柴油机车尾气中的碳颗粒消除反应是一个气(尾气)-固(催化剂)-固(碳颗粒)三效催化反应，因此催化剂的活性不仅与氧化催化剂本身的氧化还原性能密切相关，同时还与催化剂与碳颗粒的接触程度相关。有一般碳颗粒的直径较大(通常大于25纳米)，而一般的催化剂的孔径通常小于10纳米，碳颗粒难以进入催化剂的孔道内部，只能和其表面接触，导致催化剂的有效活性表面积减小。此外，现阶段普遍使用Pt负载V2O5/Al2O3贵金属催化剂，这些贵金属催化剂对碳颗粒具有较好的催化活性，但是造价非常昂贵，限制了其工业生产的应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种三维有序莫来石催化剂及其制备方法、净化方法，其基于现有碳颗粒的催化剂的工作特点，研究及设计了一种催化性能较好的三维有序莫来石催化剂。所述三维有序莫来石催化剂为具有大孔结构的莫来石型复合金属氧化物，所述大孔结构为均匀有序的反蛋白石结构，大孔结构可以促进碳颗粒进入到孔道内部并进行顺畅的扩散，使得碳颗粒充分与催化剂的表面进行充分接触，从而提高催化性能。此外，所述活性组分包括稀土金属及过渡金属，降低了成本，有利于工业生产的应用。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种三维有序莫来石催化剂，其适用于柴油机车排放的碳颗粒的催化氧化；其特征在于：

所述三维有序莫来石催化剂为具有大孔结构的莫来石型复合金属氧化物，所述大孔结构为均匀有序的反蛋白石结构；

所述三维有序莫来石催化剂包括有活性组分，所述活性组分包括稀土金属及过渡金属。

进一步地，所述大孔结构的大孔孔径在100纳米以上。

进一步地，所述三维有序莫来石催化剂的化学式为AB₂O₅，其中，A为稀土金属；B为过渡金属。

进一步地，A为La、Ce、Nd、Gd及Sm中的任一种，B为Fe、Co及Mn中的任一种。