[发明专利]基于高分散钙钛矿催化成分的柴油机用催化剂及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于高分散钙钛矿催化成分的柴油机用催化剂，以La_xCe_1‑xMn_yBi_1‑yO₃型钙钛矿‑MoO₃复合催化材料纳米颗粒为主催化活性成分，辅以CeO₂、ZrO₂、γ‑Al₂O₃及堇青石蜂窝陶瓷。该催化剂涂敷于DOC中，能够高效净化柴油机排放的PM、HC及CO等污染物。其中的主催化活性成分具有抗硫、耐热、低成本优势；通过提高单位质量催化活性点位数量增强了催化剂整体的催化活性，实现贵金属完全替代，且其中钙钛矿与MoO₃的同时添加可以产生协同增效作用，进一步提高催化剂的催化活性并扩展高活性温度窗口。采用基于炭黑吸附基质的先吸附再凝胶制备显著提高钙钛矿前驱体的分散效果，纳米颗粒的尺度更小、粒径均匀、结构规整。

技术领域

本发明属于车用内燃机尾气污染物净化技术，具体涉及一种柴油机排气中颗粒物(PM)、碳氢(HC)及一氧化碳(CO)等污染物净化用的氧化催化剂及其制备方法。

背景技术

柴油车是当前国内外重载、远程公路客、货运输的主力，为国民经济的发展和社会生活的便利做出了卓越的贡献。但同时，由于燃烧方式的限制，柴油车的污染物排放也比较严重，促使世界上多数国家都制定了日益严苛的排放法规限制柴油车的污染物排放，这也推动了车用柴油机排气污染物控制技术的发展和推广应用。在众多柴油机排气污染物控制技术中，柴油机氧化催化器(DOC)是降低HC和CO排放的有效技术，目前，DOC几乎成为车用柴油机必备的排气污染物净化设备。但传统DOC中需要涂敷以贵金属为主催化活性成分的催化涂层，而贵金属材料在PM净化性能、抗硫中毒、抗热老化、抗结焦等方面的性能较差，且原料价格高昂，导致现代先进柴油机的运行条件苛刻，对燃油和润滑性组成成分的要求极其严苛，因此，DOC中贵金属催化材料的减量/替代技术已成为国内外的研究热点。

取代型钙钛矿和过渡金属氧化物一直以来都是DOC中贵金属催化材料最具潜力的替代材料，其抗硫、抗结焦、耐烧结性能非常优异，原料成本极其低廉，对HC和CO的净化特性与贵金属催化材料相近，但它们对PM的净化效能低于贵金属催化材料。另一方面，增强催化材料的整体催化活性，除了提高催化活性点位自身的反应能力以外，增加催化活性点位的数量也能取得明显的效果，而缩小催化剂中催化活性成分颗粒的粒径，增加活性成分颗粒比表面积，就可以提高活性成分的暴露概率，从而有可能提升催化活性点位的数量。因此，高分散度、超细催化活性成分颗粒制备方法也成为取代型钙钛矿和过渡金属氧化物在DOC上推广、应用的核心基础技术，目前，国内外对该技术的研究极其热烈。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出了一种制备操作简便、节省制备时间和成本，而且能够显著提高钙钛矿前驱体的分散效果的基于高分散钙钛矿催化成分的柴油机用催化剂，在制备过程中以炭黑为吸附基质、采取先吸附再凝胶步骤制备的La_xCe_1-xMn_yBi_1-yO₃型钙钛矿纳米颗粒模板、以所述La_xCe_1-xMn_yBi_1-yO₃型钙钛矿纳米颗粒模板制备La_xCe_1-xMn_yBi_1-yO₃型钙钛矿-氧化钼(MoO₃)复合催化材料纳米颗粒、以及以所述La_xCe_1-xMn_yBi_1-yO₃型钙钛矿-MoO₃复合催化材料纳米颗粒为主催化活性成分、以CeO₂和ZrO₂为助催化剂、以γ-Al₂O₃为涂层辅料。