[发明专利]一种复合催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种复合催化剂及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将钴源、锰源和稀土金属源溶解，加入络合剂搅拌得到凝胶；(2)将步骤(1)得到的凝胶烘干，经焙烧处理得到所述复合催化剂。本发明通过掺杂稀土金属，抑制尖晶石的结晶，降低催化剂的颗粒尺寸，并且掺杂会引起晶格畸变，增加缺陷，因此可以有效提升催化剂的活性。

技术领域

本发明属于催化剂领域，涉及一种复合催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

2019年我国柴油车排放的颗粒物(PM)分别为6.9万吨，其排放量分别占我国机动车排放总量的99％以上，可见柴油车是我国机动车PM排放源。大量PM排放是导致大气雾霾的重要原因之一，并会引起多种疾病，对人体健康损害也很大，柴油车尾气治理工作迫在眉睫。

目前柴油车尾气的PM排放控制，受制于燃油品质和机内净化技术的限制，以DPF过滤技术为代表的PM后处理技术仍然是PM去除的关键。DPF是由耐高温材料制成特定形状的过滤体，一般是堇青石陶瓷或者金属材料。柴油车尾气通过DPF时，一般通过惯性碰撞、截留、扩散和重力沉降等方式，将Soot截留在DPF上，这已经成为当前公认的有效降低柴油机排放颗粒的措施。但是当颗粒物累计到一定程度后，尾气排放阻力增大，导致发动机运转异常，DPF需要再生。在DPF上涂覆催化剂，可使得DPF上累积的颗粒物在柴油车尾气温度范围内催化燃烧为CO₂，相对于传统的喷油燃烧再生技术，大大提升了后处理系统的工作效率和燃油经济性。柴油车DPF的运行温度较高，对催化剂的热稳定性有着较高的要求，目前商业应用的催化剂仍然不成熟，其中绝大部分是贵金属催化剂，其造价昂贵且热稳定性、化学稳定性等性能仍需要进一步改善。

CN110193366A公开了一种具有良好碳烟起燃性能的催化剂，在壁流式整体蜂窝载体上涂覆有催化剂涂层，催化剂涂层的涂覆量为20～45g/L，在催化剂涂层由CeO₂、MnO₂、K₂O、贵金属Pt和贵金属Pd构成，且CeO₂、MnO₂、K2O、贵金属Pt和贵金属Pd的重量比为(5～10):(3.6～6):(10.5～17.5):(0～0.1):(0～0.05)。该催化剂平衡点温度为270～285℃，性能优异，但是其加入了贵金属化合物，造价昂贵，不适用于工业化生产。

CN110075833A公开了一种同时去除NOx和碳烟颗粒的催化剂及其制备方法，所述催化剂以镁铝水滑石为载体，所述载体上负载有钾和钯，且负载顺序为先负载钾后负载钯。其针对柴油车高空燃比、低排气温度的特点，提供一种以镁铝水滑石为载体，负载有钾和钯，且负载顺序为先负载钾后负载钯的催化剂。该催化剂可以在高硫气氛(SO₂含量＞50ppm)下同时去除柴油车尾气中NO_x和碳烟颗粒，且该催化剂的结构有助于增强其在富氧条件下的储氧能力以及在贫氧条件下的氧化还原性能。其所述催化剂同样使用了贵金属化合物，造价昂贵。

上述方案都采用了贵金属化合物，存在有造价昂贵无法实现工业化的问题，因此，开发一种可以催化氧化碳烟的非贵金属催化剂是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合催化剂及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将钴源、锰源和稀土金属源溶解，加入络合剂搅拌得到凝胶；(2)将步骤(1)得到的凝胶烘干，经焙烧处理得到所述复合催化剂。本发明通过掺杂稀土金属，抑制尖晶石的结晶，降低催化剂的颗粒尺寸，并且掺杂会引起晶格畸变，增加缺陷，因此可以有效提升催化剂的活性。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种如第一方面所述复合催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将钴源、锰源和稀土金属源溶解，加入络合剂搅拌得到凝胶；

(2)将步骤(1)得到的凝胶烘干，经焙烧处理得到所述复合催化剂。