[发明专利]一种纳尺度铈锰钾复合氧化型催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明属于催化材料技术领域和发动机尾气净化技术领域，具体涉及一种纳米尺度铈锰钾复合氧化型催化剂的制备方法及其应用；具体步骤为：先将固体柠檬酸加入蒸馏水中，再加入硝酸铈、硝酸锰和硝酸钾，得到混合液，放入集热式恒温加热磁力搅拌器中，在一定温度下水浴搅拌，直至溶液变成淡黄色胶体；然后进行干燥后得到白色固体，再放入马弗炉内焙烧，得到黑色固体，进行研磨，得到纳尺度铈锰钾复合氧化型催化剂；本发明制备的催化剂具有价格低廉、活性高、结构稳定的优点，其中K和Mn产生协同作用，形成具有更高催化活性的熔盐催化剂活性组分；催化剂负载在柴油机颗粒捕集器上，装在发动机排气管后，用于降低柴油机燃烧产生的碳烟和氮氧化合物。

技术领域

本发明属于催化材料技术领域和发动机尾气净化技术领域，具体涉及一种纳米尺度铈锰钾复合氧化型催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

氮氧化合物(NO_x)和颗粒(PM)是柴油机的主要排放产物，严重危害着人类的生存环境和身体健康。由于在柴油机中碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)比排放量很少且较容易降低，因此当前研究的重点应放在如何有效地去除NOx和PM。柴油机NO_x和PM的排放量呈现此消彼长的趋势，很难直接通过柴油机的机内净化技术同时将两者去除，那就需要通过对柴油机机外净化技术的研究，才能进一步减少NO_x和PM的排放，满足最新排放法规的要求。

被动再生技术是运用化学催化的方法来降低柴油机颗粒氧化所需的活化能，降低颗粒着火温度，使颗粒能够由柴油机自身排气温度氧化掉，从而实现DPF(颗粒捕捉器)再生，此外，在DPF内涂敷合适的催化剂还可还原排气中的NO_x，最终达到同时降低柴油机排放物PM与NO_x的目的，因此选择活性较高的催化剂是被动再生技术的关键。Ce元素作为一种廉价且无毒的稀土金属元素，其氧化物CeO₂已成为当前催化剂材料研究的热点内容。由于Ce元素主要有+3价态和+4价态，在实际过程中可以通过两种离子状态的相互转换储藏和释放大量的游离氧，可以大大提高催化剂氧化碳烟颗粒的催化活性；而Mn元素的渗入不仅没有改变原有晶体的立方结构，晶体结构依旧稳定，而且通过铈锰元素间的相互作用，晶体的比表面积变大，有效抑制了晶体粒径生长。

铈锰复合氧化物因为其具有特殊的催化性能，因此受到国内外学术圈和工程应用的广泛关注。当前铈锰复合氧化物在制备方法、制作工艺上操作复杂，难以大规模生产；另一方面铈锰催化剂熔点较高，在实际工作过程中很难达到最理想的状态。如现有技术报道的一种球状铈锰复合氧化物，在200℃以下对氮氧化合物有一定的催化效果，但依然不能从根本上改变不了铈基催化剂比表面积小、氧化还原能力相对较弱的问题；经过进一步的研究，制备了一种锆参杂铈锰氧化物，锆元素的参杂改善了铈基催化剂比表面积小的问题，提高了晶格间氧元素的流动，但金属锆熔点较高，制备出来的催化剂熔点也较高，若能进一步想方设法降低催化剂的熔点，使催化剂工作时处于熔融状态，则能进一步提高催化剂的催化效率，并且锆元素价格较为昂贵，不利于大规模生产使用；还有文献报道了一种3DOM担载钾锰铈复合氧化物的催化剂，其制备方法复杂，流程繁琐，制备周期较长，同样不利于大规模生产。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在解决所述问题之一，提出一种纳尺度铈锰钾复合氧化型催化剂的制备方法，方法简便、价格低廉，具有很好的催化活性和稳定性；将该催化剂负载在柴油机颗粒捕捉器上开发成催化型颗粒捕集器(CDPF)，能够有效地同时去除NO_x和PM。

为了实现以上目的，本发明的具体步骤如下：

(1)先将固体柠檬酸加入蒸馏水中，然后再加入硝酸铈(Ce(NO₃)₃·6H₂O)、硝酸锰(Mn(NO₃)₂)和硝酸钾(KNO₃)，得到混合液；将混合液放入集热式恒温加热磁力搅拌器中，在一定温度下水浴搅拌，直至溶液变成淡黄色胶体；