[发明专利]一种铈锆复合氧化物及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种铈锆复合氧化物，所述复合氧化物包含铈氧化物、锆氧化物以及至少一种选自铈以外的稀土金属元素的氧化物，其中所述至少一种选自铈以外的稀土金属元素的氧化物的含量为10‑20wt％；所述复合氧化物在950℃热处理4‑8h后，具有0.30‑0.60ml/g的孔容，58‑100m²/g的比表面积，以及至少1.00mmol[O]/g的储氧量。本发明提供的铈锆复合氧化物具有更大的孔容结构，显示出了显著的储氧能力，且在高温老化后仍可以保持很好的储氧效果。

技术领域

本发明涉及无机催化材料领域，尤其涉及一种铈锆复合氧化物及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业化的发展，机动车尾气、工业废气、化工废气等已成为引起城市大气污染的主要来源，减少CO、HC、NO_X等有害气体的排放已成为当今社会的严峻问题。

铈基储氧材料(如二氧化铈)可在富氧(贫燃)的情况下储存氧气，在贫氧(富燃)的情况下释放氧气，从而维持相对稳定的氧化还原比，保证催化剂的最大催化净化效果。其中铈离子在氧化或还原气氛下发生Ce³⁺和Ce⁴⁺间的氧化还原反应，在富氧条件下可以储存氧，确保NO_X还原，同时在贫氧条件下释放氧，提供CO和HC氧化所需的氧。上述调节氧浓度的能力又被称为储氧能力(Oxygen Storage Capacity,OSC)。

铈锆固溶体在合成过程中极易出现分相现象，原因是铈离子在合成过程中极易出现变价现象。四价铈离子与锆离子具有相近的Ksp及离子半径,在沉淀过程中，沉淀速率一致，形成的固溶体结构稳定，缺陷少，抗老化能力强，储放氧性能好。但在实际合成中，由于四价铈离子具有较强的氧化性，极易被还原为三价铈离子，导致最后合成的铈锆固溶体出现分相。因此，保证合成过程中四价铈离子的稳定尤为重要，可以通过添加氧化性物质来实现。现有技术表明，利用共沉淀法制备铈锆复合氧化物，在沉淀过程中使用双氧水氧化稀土锆混合料液，会影响铈锆复合氧化物的微观形貌、氧化还原性质以及储放氧能力。

公布号CN104001492A提供了一种铈锆基储氧材料的制备工艺，该方案采用共沉淀法，在加入沉淀剂前加入双氧水，所制得的铈锆复合氧化物经1000℃老化后的储氧量在0.7mmol[O]/g左右。

上述方法制得的铈锆复合氧化物储氧能力较低，在实际应用时并不理想。因此，如何获得具有更大的孔容结构分布的铈锆复合氧化物，使其具有更高的储氧能力和铈还原率，从而增强废气中CO、HC、NO_X的脱除转化效果，减少汽车冷启动排放；同时提高铈锆复合氧化物催化剂的耐高温抗老化性能和使用寿命，是废气净化催化剂中亟需解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，一方面，本发明提供了一种铈锆复合氧化物，所述复合氧化物包含铈氧化物、锆氧化物以及至少一种选自铈以外的稀土金属元素的氧化物，所述复合氧化物中，至少一种选自铈以外的稀土金属元素的氧化物的含量为10-20wt％；所述复合氧化物在950℃热处理4-8h后，具有0.30-0.60ml/g的孔容，55-100m²/g的比表面积，以及至少1.00mmol[O]/g的储氧量。优选，所述热处理可以是煅烧。

本发明提供的铈锆复合氧化物，含有合适的铈以外的稀土金属元素的氧化物的含量，有利于提升其储氧性能；同时还具有较大的孔容结构和合适的比表面积，能够在进行储存和/或释放氧时，显示出更高的储氧量和铈还原率，并且在高温老化后，其比表面积衰减率较低，仍具有很好的储氧和还原效果，表现出了更为显著的储氧能力、催化活性以及抗高温老化活性。

进一步地，所述复合氧化物在950℃热处理4-8h后，具有0.31-0.55ml/g的孔容，优选0.32-0.50ml/g，更优选0.33-0.40ml/g。