專利名稱：一種三元鈰基儲(chǔ)氧材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三元鈰基儲(chǔ)氧材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前機(jī)動(dòng)車污染物排放的控制技術(shù)可分為三類，分別是燃燒前控制技術(shù)，燃燒中控制技術(shù)和尾氣凈化技術(shù)。其中尾氣凈化技術(shù)主要采用三效催化器技術(shù)，三效催化器 (Three Way Catalyst)主要有四部分組成載體、氧化鋁涂層、活性組分和助劑。通過CO、 HC和NOx之間的催化氧化和還原反應(yīng)，三效催化劑可同時(shí)使汽油機(jī)的C0、HC和NOx排放同時(shí)降低90%以上。三效催化劑的催化活性與空燃比有關(guān)，在理論空燃比14. 6左右存在一個(gè)工作窗口，空燃比窗口范圍內(nèi)C0、HC和NOx的催化活性能夠達(dá)到90%。但實(shí)際工況中由于機(jī)動(dòng)車加速，減速和路況的復(fù)雜多變，空燃比總在14-15左右波動(dòng)，無法滿足同時(shí)催化轉(zhuǎn)化 CO、HC和NOx的要求，使得催化轉(zhuǎn)化效率下降。儲(chǔ)氧材料作為三效催化器的核心技術(shù)之一，有效的起到了調(diào)節(jié)空燃比的作用，使得空燃比窗口在14. 6左右。然而目前的儲(chǔ)氧材料，其儲(chǔ)氧量尤其是動(dòng)態(tài)的儲(chǔ)氧性能還有待提高，抗高溫?zé)Y(jié)能力還不足，從而影響了三效催化器的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是要針對(duì)現(xiàn)有儲(chǔ)氧材料總儲(chǔ)氧量和動(dòng)態(tài)儲(chǔ)氧性能不足，抗高溫?zé)Y(jié)能力不夠，提供一種高性能鈰基三元儲(chǔ)氧材料及其制備方法。本發(fā)明由儲(chǔ)氧材料主體、助劑、分散劑組成，其重量份配比為儲(chǔ)氧材料主體80-95 助劑3-10 分散劑2_10 ；所述儲(chǔ)氧材料主體為稀土材料，稀土材料由硝酸鈰、硝酸鋯和硝酸鑭組成，其重量份配比為硝酸鈰0. 5-0. 8 硝酸鋯 0. 3-0. 45 0. 05-0. 15 硝酸鑭；所述的助劑是硝酸鋇、硝酸銅、硝酸錳或硝酸鎂，或是其中任意兩種及任意兩種以上以任意比例混合而成，或是全部以任意比例混合而成；所述分散劑是聚乙烯醇、聚乙二醇或檸檬酸；或是其中任意兩種以任意比例混合而成，或是全部以任意比例混合而成；
它還有氧化劑，氧化劑為雙氧水，其重量份配比為
儲(chǔ)氧材料主體80-95
助劑分散劑氧化劑制備工藝主要包括以下步驟 1)按比例稱取 Ce (NO3) 3 · 6H20、Zr (NO3)i
3-10 2-10 0.5-2。
5H20、La (NO3) 3 · 6H20配制成溶液，再加入過氧化氫，加入助劑，制成混合液；2)配制3mol/L的氨水溶液和3mol/L的碳酸銨溶液，按體積比為1 1混合，制成沉淀液，3)在45°C恒溫水浴、200Kw超聲條件下，將混合液和沉淀劑按15 10的重量份配比并流攪拌，并流過程中溶液PH控制在8，并流完成后持續(xù)攪拌lh，然后加入固溶體質(zhì)量 8%的聚乙二醇，調(diào)節(jié)pH到8-10，80-100°C陳化2_4h后取出，室溫下靜置8_12h ；4)沉淀物經(jīng)過抽濾，去離子水洗滌后，pH = 7，120°C干燥10_1濁；5)干燥后的樣品300°C焙燒0. 5h后升溫至500°C保溫4h，即可等到儲(chǔ)氧材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面1)與沒有采用本儲(chǔ)氧材料制備出的三效催化器相對(duì)比，本發(fā)明所述的儲(chǔ)氧材料明顯的降低了三效催化器在尾氣催化轉(zhuǎn)化中的起燃溫度。2)本發(fā)明所述的儲(chǔ)氧材料具備較高比表面積，經(jīng)過500°C、4h焙燒后，儲(chǔ)氧材料的比表面積達(dá)到147. 09m2/g，經(jīng)過700°C，4h焙燒后，比表面積為102. 52m2/g ；經(jīng)過1000°C、 10%水蒸氣，證老化以后，比表面積依然可以達(dá)到46. 79m2/g，延長了三效催化器的使用壽命。3)本發(fā)明所述的儲(chǔ)氧材料具備高儲(chǔ)氧量，新鮮態(tài)500°C、4h焙燒后，儲(chǔ)氧材料的儲(chǔ)氧量達(dá)到四2. 2μπι01 -g"1 ；經(jīng)過1000°C、10%水蒸氣，5h老化以后，儲(chǔ)氧材料的儲(chǔ)氧量仍然可達(dá)到201.8μπιΟ1 · g—1，穩(wěn)定高效的儲(chǔ)氧能力，大幅削弱了三效催化器工作時(shí)空燃比窗口的波動(dòng)。4)本發(fā)明所述的儲(chǔ)氧材料制備工藝，具備大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的能力。5)采用本發(fā)明所述工藝生產(chǎn)的儲(chǔ)氧材料，具備低成本-高效益的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，同比沒有采用本儲(chǔ)氧材料的三效催化器，貴金屬用量可以降低17%以上。


圖1是含有本儲(chǔ)氧材料的催化器涂層的掃面電鏡(SEM)圖片。圖2是某公司生產(chǎn)的催化器涂層的掃描電鏡(SEM)圖片。圖3是本發(fā)明所述的儲(chǔ)氧材料制備的涂覆有貴金屬的小樣起燃溫度曲線。圖4是某公司生產(chǎn)的儲(chǔ)樣材料制備的涂覆有貴金屬的小樣起燃溫度曲線。具體實(shí)施方法以下以具體實(shí)施方式
來說明本發(fā)明的技術(shù)方案儲(chǔ)氧材料由儲(chǔ)氧材料主體、助劑、分散劑組成，其重量份配比為儲(chǔ)氧材料主體80-95 助劑3-10 分散劑2_10 ；所述儲(chǔ)氧材料主體為稀土材料，稀土材料由硝酸鈰、硝酸鋯和硝酸鑭組成，其重量份配比為硝酸鈰0. 5-0. 8 硝酸鋯 0. 3-0. 45 0. 05-0. 15 硝酸鑭；所述的助劑是硝酸鋇、硝酸銅、硝酸錳或硝酸鎂，或是其中任意兩種及任意兩種以上以任意比例混合而成，或是全部以任意比例混合而成；所述分散劑是聚乙烯醇、聚乙二醇或檸檬酸；或是其中任意兩種以任意比例混合而成，或是全部以任意比例混合而成；
4
它還有氧化劑，氧化劑為雙氧水，其重量份配比為
儲(chǔ)氧材料主體80-95 助劑3-10
分散劑2-10
氧化劑0.5-2。制備工藝主要包括以下步驟1)按比例稱取 Ce (NO3) 3 · 6H20、Zr (NO3) 4 · 5H20、La (NO3) 3 · 6H20 配制成溶液，再加入過氧化氫，加入助劑，制成混合液；2)配制3mol/L的氨水溶液和3mol/L的碳酸銨溶液，按體積比為1 1混合，制成沉淀液，幻在45°C恒溫水浴、200Kw超聲條件下，將混合液和沉淀劑按15 10的重量份配比并流攪拌，并流過程中溶液PH控制在8，并流完成后持續(xù)攪拌lh，然后加入固溶體質(zhì)量8%的聚乙二醇，調(diào)節(jié)pH到8-10， 80-100°C陳化2-4h后取出，室溫下靜置8-12h ；4)沉淀物經(jīng)過抽濾，去離子水洗滌后，pH = 7，120°C干燥10_1濁；5)干燥后的樣品300°C焙燒0. 5h后升溫至500°C保溫4h，即可等到儲(chǔ)氧材料。具體推薦的三元鈰基儲(chǔ)氧材料的生產(chǎn)工藝按照如下步驟進(jìn)行1)按比例稱取稀土化合物 Ce (NO3) 3 · 6H20、Zr (NO3) 4 · 5H20、La (NO3) 3 · 6H20,溶入 1400mL的去離子水中配制成金屬離子濃度約0. 5mol/L的溶液，加入溶液體積1 %的過氧化氫溶液，加入固溶體質(zhì)量5%的硝酸銅。2)配制3mol/L的氨水溶液和3mol/L的碳酸銨溶液按體積比為1 1混合。3)在45°C恒溫水浴、200Kw超聲條件下按適當(dāng)比例將混合液和沉淀劑并流攪拌， 并流過程中溶液PH控制在8。并流完成后持續(xù)攪拌lh。然后加入固溶體質(zhì)量8%的聚乙二醇，調(diào)節(jié)PH到10。100°C陳化4h后取出，室溫下靜置12h。4)沉淀物經(jīng)過抽濾，去離子水洗滌后，pH = 7，120°C干燥12h。5)干燥后的樣品300°C焙燒0. 5h后升溫至500°C保溫4h，即可得到儲(chǔ)氧材料。具體的，本步驟1)中，技術(shù)人員可以根據(jù)需要來調(diào)節(jié)稀土化合物的比例，是否加入氧化劑和助劑，以及加入何種氧化劑和助劑及其各自比例等；本步驟3)中，技術(shù)人員可以根據(jù)需要更該共沉淀過程中的實(shí)驗(yàn)條件，包括溫度，
超聲頻率；本步驟5)中，技術(shù)人員可以根據(jù)熱重分析(TG)所得到的實(shí)際曲線，對(duì)焙燒的溫度和時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。實(shí)施例一按0. 63 0. 32 0. 05 比例稱取稀土化合物 Ce(NO3)3 · 6H20、Zr (NO3)4 · 5H20、 La(NO3)3 · 6H20，溶入1400mL的去離子水中配制成金屬離子濃度約0. 5mol/L的溶液，加入溶液體積的過氧化氫溶液，加入固溶體質(zhì)量5%的硝酸鋇。配制3mol/L的氨水溶液和 3mol/L的碳酸銨溶液按體積比為1 1混合，作為沉淀劑。在45°C恒溫水浴、200Kw超聲條件下按適當(dāng)比例將混合液和沉淀劑并流攪拌，并流過程中溶液PH控制在8。并流完成后持續(xù)攪拌lh。然后加入固溶體質(zhì)量8%的聚乙二醇，調(diào)節(jié)PH到10。100°C陳化4h后取出，室溫下靜置12h。沉淀物經(jīng)過抽濾，去離子水洗滌后，pH = 7，120°C干燥 12h。干燥后的樣品300°C焙燒0. 5h后升溫至500°C保溫4h，即可得到分子式為5% Ba-Ce0.63Zr0.32Lao.O5O1.95的儲(chǔ)氧材料，本儲(chǔ)氧材料新鮮態(tài)比表面積為147. 09m2/g，儲(chǔ)氧量為 292. 2 μ mol .g—1。經(jīng)過1000°C、10%水蒸氣，5h老化以后，比表面積依然可以達(dá)到46. 79m2/ g，儲(chǔ)氧量為 201. 8 μ mol · g-1。采用掃描電鏡技術(shù)(SEM)對(duì)儲(chǔ)氧材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，具體見圖1。采用采用掃描電鏡技術(shù)(SEM)對(duì)某公司生產(chǎn)的儲(chǔ)氧材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，具體見圖2。制備采用上述儲(chǔ)氧材料并涂覆貴金屬的小樣在自制的小樣檢測(cè)儀上進(jìn)行小樣實(shí)驗(yàn)，起燃溫度曲線，具體見圖3。某公司的起燃溫度曲線，具體見圖4。實(shí)施例二按0. 55 0. 35 0. 1 比例稱取稀土化合物 Ce(NO3)3 · 6H20、Zr(NO3)4 · 5H20、 La(NO3)3 · 6H20，溶入1400mL的去離子水中配制成金屬離子濃度約0. 5mol/L的溶液，加入溶液體積0. 5%的過氧化氫溶液，加入固溶體質(zhì)量5%的硝酸銅。配制3mol/L的氨水溶液和3mol/L的碳酸銨溶液按體積比為1 1混合，作為沉淀劑。在80°C恒溫水浴、200Kw超聲條件下按適當(dāng)比例將混合液和沉淀劑并流攪拌，并流過程中溶液PH控制在8。并流完成后持續(xù)攪拌lh。然后加入固溶體質(zhì)量5%的聚乙二醇，調(diào)節(jié)PH到10。室溫下靜置12h。沉淀物經(jīng)過抽濾，去離子水洗滌后，pH = 7，120°C干燥 12h。干燥后的樣品320°C焙燒Ih后升溫至680°C保溫4h，即可得到分子式為5% Cu-Ce0.53Zr0.35La0. ^1.95 的。
權(quán)利要求
1.一種三元鈰基儲(chǔ)氧材料，其特征在于儲(chǔ)氧材料由儲(chǔ)氧材料主體、助劑、分散劑組成， 其重量份配比為儲(chǔ)氧材料主體80-95助劑3-10分散劑2-10;所述儲(chǔ)氧材料主體為稀土材料，稀土材料由硝酸鈰、硝酸鋯和硝酸鑭組成，其重量份配比為硝酸鈰0. 5-0. 8硝酸鋯0. 3-0. 45 0. 05-0. 15硝酸鑭；所述的助劑是硝酸鋇、硝酸銅、硝酸錳或硝酸鎂，或是其中任意兩種及任意兩種以上以任意比例混合而成，或是全部以任意比例混合而成；所述分散劑是聚乙烯醇、聚乙二醇或檸檬酸；或是其中任意兩種以任意比例混合而成， 或是全部以任意比例混合而成；
2.如權(quán)利1所要求1所述的三元鈰基儲(chǔ)氧材料，其特征在于它還有氧化劑，其重量份配比為儲(chǔ)氧材料主體80-95 助劑3-10分散劑2-10氧化劑0.5-2。
3.如權(quán)利1或2所述的儲(chǔ)氧材料的制備工藝，其特征在于制備工藝主要包括以下步驟1)按比例稱取Ce(NO3)3 · 6H20、Zr (NO3)4 · 5H20、La(NO3)3 · 6H20 配制成溶液，再加入過氧化氫，加入助劑，制成混合液；2)配制3mol/L的氨水溶液和3mol/L的碳酸銨溶液，按體積比為1 1混合，制成沉淀液，3)在45°C恒溫水浴、200Kw超聲條件下，將混合液和沉淀劑按15 10的重量份配比并流攪拌，并流過程中溶液PH控制在8，并流完成后持續(xù)攪拌lh，然后加入固溶體質(zhì)量8%的聚乙二醇，調(diào)節(jié)pH到8-10，80-100°C陳化2_4h后取出，室溫下靜置8_12h ；4)沉淀物經(jīng)過抽濾，去離子水洗滌后，pH= 7，120°C干燥10-1 ；5)干燥后的樣品300°C焙燒0.5h后升溫至500°C保溫4h，即可等到儲(chǔ)氧材料。
全文摘要
一種三元鈰基儲(chǔ)氧材料及其制備方法，儲(chǔ)氧材料由儲(chǔ)氧材料主體、助劑、分散劑組成，所述儲(chǔ)氧材料主體為稀土材料，稀土材料由硝酸鈰、硝酸鋯和硝酸鑭組成；所述的助劑是硝酸鋇、硝酸銅、硝酸錳或硝酸鎂，所述分散劑是聚乙烯醇、聚乙二醇或檸檬酸；優(yōu)點(diǎn)是明顯的降低了三效催化器在尾氣催化轉(zhuǎn)化中的起燃溫度。延長了三效催化器的使用壽命。大幅削弱了三效催化器工作時(shí)空燃比窗口的波動(dòng)。同比沒有采用本儲(chǔ)氧材料的三效催化器，貴金屬用量可以降低17％以上。
文檔編號(hào)B01J23/889GK102258995SQ20111012132
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者萬超, 廖宏鵬, 童碩 申請(qǐng)人:湖北航特科技有限責(zé)任公司