[发明专利]一种柴油机尾气中氮氧化物和颗粒物协同控制催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种柴油机尾气中氮氧化物和颗粒物协同控制催化剂及其制备方法和应用。该制备方法包括如下步骤：将洗净烘干的蜂窝陶瓷浸没至涂层溶胶中，静置30分钟后取出，并吹净蜂窝陶瓷孔内残余的涂层溶胶，烘干后经马弗炉高温焙烧制得载有涂层溶胶的催化剂载体A；将金属活性组分前驱盐加入涂层溶胶中，搅拌均匀制得活性组分溶胶B，金属活性组分前驱盐包括乙酸锰、硝酸铈、硝酸铜；最后将催化剂载体A浸没至活性组分溶胶B中，静置30分钟后取出，并吹净催化剂载体A孔内残余的活性组分溶胶B，烘干后经马弗炉高温焙烧制得催化剂。利用本发明制备的催化剂在220‑330℃温度区间内对氮氧化物的去除效率超过80％，对颗粒物的去除效率将近30％。

技术领域

本发明属于环境保护过程中催化材料的制备技术领域，具体涉及一种柴油机尾气中氮氧化物和颗粒物协同控制催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

柴油发动机由于生产运行成本低、马力强劲、CO₂排放量低、能量利用率高、功率大等特点，在中大型客货车、动力机械、内河航运、小型发电站等方面得到了广泛应用。虽然柴油机有着许多的优点，但是使用柴油机过程中产生的尾气排放也给大气环境带来了沉重的负担。

与汽油机相比，柴油机的燃烧方式是扩散燃烧，具有空气充足和过量空气系数大的特点，可燃混合气形成速率是其燃烧速率的主要影响因素。柴油机的有害排放物主要有四类，分别是一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HCs)、氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)。与汽油机相比，柴油机的CO和HCs排放量要少得多，NOx排放量相差不远，而PM排放量是汽油机的几十倍。汽油机尾气主要污染物组成和含量均不相同(见表1)，对催化剂的要求更多的是利用尾气中大量HCs、CO等还原性物质在较低的氧含量下还原NOx，实现多组分污染物的同步去除；而柴油机尾气中碳烟颗粒物(PM)的存在、低浓度的HCs/CO等还原性污染物、以及较高的氧含量对催化剂提出了更高的选择性要求，无法直接利用汽油机尾气处理催化剂。《中国移动源环境管理年报(2020)》中指出，在道路移动源中，全国柴油发动机排放的NOx接近排放总量的90％，且其排放的PM占比超过95％，是移动源污染的主要贡献者，其中，绝大部分来自于柴油机移动源的污染排放。因此，PM和NOx的去除是治理柴油机尾气污染的重中之重。

从日本学者提出“Soot-O₂-NOx”3组分之间的反应后，PM和NOx同步去除便成为可能，其催化剂的开发引起了研究者们的普遍关注。在同一温度窗口中，使用催化剂对NOx进行还原或吸附，同时还能催化氧化PM颗粒，以达到在同一个反应环境中同步去除PM和NOx两种柴油机尾气主要污染物的目的，即同步催化消除技术，成为了目前最为理想的途径。在NOx还原过程中，常用的钒基催化剂应用于柴油机尾气处理时存在着活性温度窗口窄、低温活性差、高温活性物质挥发流失等问题。以铜锰等过渡金属为活性中心的NOx还原催化剂可较好的解决上述技术问题。在PM氧化方面，过渡金属和钙钛矿催化剂往往面临着起燃温度高、选择性差的问题。众多贵金属催化剂中，钯基催化剂呈现出极为优异的氧化催化特性(起燃温度低、选择性高)，且有着较强的抗硫抗水性能。因此，基于NOx还原和PM氧化过程耦合，开发面向NOx和PM协同控制的催化剂是很有必要的。

【表1】柴油发动机和汽油发动机尾气污染物组成成分和含量的对比

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种柴油机尾气中氮氧化物和颗粒物协同控制催化剂及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种柴油机尾气中氮氧化物和颗粒物协同控制催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将洗净烘干的蜂窝陶瓷浸没至涂层溶胶中，静置30分钟后取出，并吹净蜂窝陶瓷孔内残余的涂层溶胶，烘干后经马弗炉高温焙烧制得载有涂层溶胶的催化剂载体A；