[发明专利]一种高酸性单涂层钙钛矿基柴油机用氨氧化催化剂及制备和使用方法

说明书

本发明公开了一种高酸性单涂层钙钛矿基柴油机用氨氧化催化剂及制备方法和使用方法。氨氧化催化剂由钙钛矿型氧化物、Pd和NiO为主催化活性成分，V₂O₅和WO₃为助催化剂，TiO₂、γ‑Al₂O₃和SiO₂为涂层基础材料制成。该氨氧化催化剂通过催化SCR后处理器泄露氨发生不完全氧化反应生成N₂，实现泄露氨的净化。本发明氨氧化催化剂消除了双涂层ASC催化剂对SCR涂层的依赖，提高了ASC催化剂的生产效率、降低了生产成本并改善了涂层稳定性。以钙钛矿型氧化物、少量Pd和廉价金属氧化物组成的主催化活性成分替代传统ASC催化剂中的Pt，降低了原料成本，提高了新型ASC催化剂的抗硫和热稳定性。

技术领域

本发明属于柴油机尾气污染物净化技术，具体涉及一种用于柴油机氮氧化物(NOx)选择性催化还原(SCR)后处理器泄漏氨(NH₃)氧化净化的专用催化剂及其制备方法和使用方法。

背景技术

柴油机广泛应用于客、货运输及工程动力领域，为经济发展和生活便利做出了巨大的贡献，但由于燃烧方式的限制，其颗粒物(PM)和NOx排放较高，随着公众对环境质量需求的不断提高，业界和普通群众对柴油机的质疑逐渐增强。SCR技术是目前降低柴油机NOx排放水平的最有效后处理技术，具有很高的NO_X净化效率，同时还能提高柴油机的热效率。在SCR后处理器性能优化方面，早期是采用提高SCR催化剂的催化活性(采用高活性催化剂)、增加SCR催化剂负载量等措施来提高SCR后处理器的NOx净化效率，但上述方法将导致SCR后处理器的生产成本急剧提高。因此，在SCR后处理器的实际应用中，一般采用喷入过量还原剂(尿素)的办法强化SCR后处理器对NOx的净化效果，以弥补后处理器自身催化活性不足的缺陷，达到降低后处理器生产成本的目的。但过量尿素(真正的还原剂是尿素转化成的NH₃)的加入必然会导致NH₃泄漏量增加，而NH₃也是一种有毒、有害物质，现实生活中柴油机后处理系统的NH₃泄漏量也被严格限制。因此，研发柴油机SCR后处理器泄漏NH₃的高效净化措施及相应产品成为SCR技术进步关键技术难题。

目前，双涂层式的氨泄漏催化剂(ASC)已在柴油机上投入商业化应用，该类催化剂由内、外两个不同的催化涂层组成，内涂层为以铂(Pt)为主催化活性成分的氧化涂层，外涂层为以铜基分子筛为主催化活性成分的还原涂层，其原理是：从SCR后处理器泄露出的NH₃与排气混合，一同进入ASC催化器，然后通过扩散作用穿越外涂层而到达内涂层；在内涂层表面Pt的催化下，一部分NH₃被氧化成N₂，成为无害物质，一部分NH₃被过度氧化成NOx；而NH₃转化成的NOx再扩散到外涂层，在外涂层中铜基分子筛的催化下，与SCR后处理器出口排气中剩余的泄露NH₃发生SCR反应，两者最终都被转化成N₂，从而实现SCR后处理器泄露NH₃的净化。该类ASC催化剂有两个催化涂层，其涂敷工艺复杂，不仅造成涂敷工作效率降低，涂敷工艺成本升高，而且对催化涂层的牢固度、均匀度等质量指标也有不利影响；内涂层采用Pt催化剂，不仅原料成本高昂，抗硫、抗热老化性能较差，同时，其氧化反应催化作用过强，难以保证NH₃→N₂反应的选择性，导致NH₃过度氧化成的NOx比例过高，无法在外涂层的SCR反应中完全净化，从而再次恶化了柴油机的NOx排放；此外，外涂层采用的铜基分子筛主催化剂也是价格很高的化工原料，同样推高了ASC催化剂的生产成本。

发明内容