[发明专利]一种以CeZrK/rGO纳米固溶体为主要成分的催化剂

说明书

本发明提供一种以CeZrK/rGO纳米固溶体为主要成分的催化剂，该催化剂的活性组分为CeZrK/rGO纳米固溶体；所述CeZrK/rGO纳米固溶体由以石墨烯为载体的铈离子(Ce⁴⁺)、锆离子(Zr⁴⁺)和钾离子(K⁺)的球形金属氧化物纳米粒子构成。本发明具有低反应温度、高催化活性、易合成、成本低和热稳定性好的特点，能够填补现有技术中催化剂存在的不足。

技术领域

本发明具体涉及一种以CeZrK/rGO纳米固溶体为主要成分的催化剂。

技术背景

柴油机在运输和各种非道路工程机械中得到了广泛的应用。然而，其排放的废气会造成严重的环境污染，其中排放出碳烟由于不充分燃烧，对环境和人身健康均造成了很大的影响。柴油机的碳烟排放控制技术已成为各国政府和学者关注的焦点。

柴油机排气温度在150℃到450℃之间，而碳烟的氧化温度超过了550℃。因此想要消除碳烟污染，需要提高排气温度加剧碳烟氧化反应，但过高的碳烟燃烧温度会损坏滤料。所以更可行的办法是利用催化剂降低碳烟的氧化反应温度。柴油机催化型颗粒捕集器不需要额外的热源和复杂的控制系统，从而大大降低了燃料消耗和发动机损耗。而柴油机催化型颗粒捕集器中使用的催化剂的好坏则决定了柴油机催化型颗粒捕集器的效率。由于碳烟的催化氧化是O₂、碳烟和催化剂之间的反应，催化剂与碳烟的接触面积和催化剂的本征催化活性是影响碳烟氧化效率的两个关键因素，同时催化剂的热稳定性、经济性和成本也会成为影响因素。因此，设计并制备接触面积大、本征催化活性高、热稳定并价格低廉的催化剂具有重大意义。

中国发明专利公开说明书CN108554406B，公开日20200424，公开了一种负载合金型碳烟氧化催化剂及其制备方法载体为铈锆复合氧化物及其轻稀土修饰体系，合金型活性组分为均质型钯银合金，合金型活性组分按质量百分比的组成为钯1％～20％，银80％～99％，总金属负载量为4％～15％。该发明的实施例2中，在疏松接触形态的碳烟氧化达到最大速率时的温度为416℃，在一定程度上降低了碳烟氧化的反应温度增加了效率。

但是柴油机排气温度在150℃到450℃之间，上述发明中的碳烟氧化达到最大速率时的温度为416℃，虽然已经落入柴油机排气温度范围内却处在较高范围，催化活性依然存在提高的空间。由于是负载合金型催化剂且载体为铈锆复合氧化物及其轻稀土修饰体系，合金型活性组分为均质型钯银合金，导致该催化剂的成本依然较高。

因此，需要发明一种新的碳烟氧化催化剂，使该碳烟氧化催化剂的反应温度更低，催化活性更高，热稳定性更强并且更加低廉。

发明内容

本发明提供了一种以CeZrK/rGO纳米固溶体为主要成分的催化剂，具有高催化活性、易合成、成本低和热稳定性更好的特点，从而填补现有技术中催化剂存在的不足。

本发明为一种以CeZrK/rGO纳米固溶体为主要成分的催化剂，该催化剂的活性组分为CeZrK/rGO纳米固溶体，所述CeZrK/rGO纳米固溶体具有如下通式：

Ce_AZr_BK_C/rGO

通式中，A:B:C＝5:1～3:1～3。

所述CeZrK/rGO纳米固溶体由以还原氧化石墨烯为载体的铈离子(Ce⁴⁺)、锆离子(Zr⁴⁺)和钾离子(K⁺)的球形金属氧化物纳米粒子构成。

进一步的，所述还原氧化石墨烯(rGO)具有介孔分布特征，所述CeZrK/rGO纳米固溶体具有纳米孔结构，其孔径为36.1-36.9nm。

进一步的，所述CeZrK/rGO纳米固溶体的比表面积为117.2-152.4m²/g。