[发明专利]一种尾气净化反应器及其制备方法与尾气净化反应电堆

说明书

本发明公开了一种尾气净化反应器及其制备方法与尾气净化反应电堆。本发明所述尾气净化反应器，包括：阴极层、阳极层、位于所述阴极层和阳极层之间的电解质层、位于所述阴极层远离阳极层一侧的催化氧化层；所述催化氧化层、阴极层、阳极层均为多孔结构；所述催化氧化层包括钙钛矿氧化物和金属氧化物载体材料；所述阴极层包括阴极陶瓷材料、第一电解质材料和碱金属氧化物纳米颗粒或碱土金属氧化物纳米颗粒；所述阳极层包括阳极陶瓷材料、第二电解质材料和碱土金属氧化物纳米颗粒。本发明所述尾气净化反应器可以在净化氮氧化物的同时还能够去除尾气中的颗粒物，碳氢化合物及一氧化碳多种污染物，是新型一体式尾气净化装置。

技术领域

本发明涉及尾气净化领域，尤其涉及一种尾气净化反应器及其制备方法与尾气净化反应电堆。

背景技术

氮氧化物(NO_x)是一类氮氧化合物的统称，属于严重危害人类健康的化合物，因为其是酸雨和雾霾的成因之一。随着工业的发展和汽车的保有量逐年增加，向大气中排放的氮氧化物也在逐年提升，消除氮氧化物的污染是近年来大气污染治理的首要课题之一。

将汽车尾气或工业尾气通入净化反应器，通过化学或电化学反应，将氮氧化物过滤或转化成其它无害的物质，可以达到净化气体的目的。贫氧燃料的汽油发动机可以使用三元催化剂来净化尾气中的氮氧化物，但富氧燃烧的汽油机和柴油机由于采用高的空燃比，尾气中有大量剩余氧气，会使三元催化剂失效。现有针对富燃发动机尾气的后处理技术主要有选择性催化还原（SCR）和NO_x储存还原(NSR)两种。SCR需将尿素喷射入尾气中，在高温下分解为氨和二氧化碳，氨作为还原剂与NO_x反应将其净化为氮气。因此SCR要求加装在线的尿素储存与控制系统，并建设尿素的补充供应网络，由此带来了氨的泄露管理和二次污染等问题。NSR是改变发动机的运行状态，在富氧燃烧和贫氧燃烧之间循环转换，在富氧燃烧下吸附NO_x，在贫氧下利用NSR催化剂和过剩燃料净化NO_x。因此NSR需要改装发动机并显著增加燃料消耗。

现有的发明专利中，WO2007/125394公开了一种汽车尾气净化系统，该系统使用电化学反应器净化气体，在阴极端将包含氮氧化物在内的尾气进行净化处理，其中氮氧化物被还原成为氮气。然而，该系统需要配置氢气发生器，因为在阳极端需要输入氢气作为还原性气体，系统对于密封的要求过高。

专利EP2063481公开了一种电化学净化气体装置，它包含阳极、电解质和阴极三个部分，其中电解质层由质子导体或氧离子导体构成，在阳极端尾气中的碳颗粒被氧化为二氧化碳，同时在阴极端氮氧化物被还原成氮气，这套装置存在的问题是其阴极端需要使用铂、铑等贵金属作为催化剂，增加了使用成本。

专利CN107158900公布了一种固体碳材料及以此为还原剂的电化学脱硝的方法，采用氧化锆基固体电解质，金属镍电极及钙钛矿陶瓷阴极，但是需要填装固体碳材料到阳极的腔体中作为还原剂。固体还原剂材料与阳极的反应界面会局限在最表层的接触面，无法深入到阳极的微米或纳米孔道中，否则会堵塞气体出口，增到气体扩散阻力。另外当其应用于车辆这类移动反应器时，其固态碳材料存在需在线填装，补充，控制等一系列的困难。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种尾气净化反应器及其制备方法与尾气净化反应电堆，旨在解决现有尾气脱硝反应器需额外添加还原剂，或使用成本高，或产生二次污染物的问题。

一种尾气净化反应器，其中，包括：阴极层、阳极层、位于所述阴极层和阳极层之间的电解质层、位于所述阴极层远离阳极层一侧的催化氧化层；

所述催化氧化层、阴极层、阳极层均为多孔结构；

所述催化氧化层包括钙钛矿氧化物和金属氧化物载体材料；

所述阴极层包括阴极陶瓷材料、第一电解质材料和碱金属氧化物纳米颗粒或碱土金属氧化物纳米颗粒；