用于柴油車尾氣中碳煙消除催化劑的制備方法與應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于柴油車尾氣中碳煙消除催化劑的制備方法與應用；該催化劑的組成為錳基氧化物和鈰基氧化物混合物，其中Ce:Mn原子比范圍為0.11～1。將醋酸錳、醋酸鈰按照設定的摩爾比溶于去離子水中，并配置一定濃度的碳酸銨溶液，在室溫攪拌下將鹽溶液逆向滴入碳酸銨溶液中；在空氣中干燥得到前驅體固體；經過焙燒，制得催化劑。本發(fā)明采用廉價的金屬鹽為原料，催化劑的生產成本低；另外，采用沉淀法制備，工藝簡單，反應過程容易控制。本發(fā)明所得的催化劑在模擬柴油車尾氣排放氣氛下對碳煙顆粒催化消除表現(xiàn)出了良好的活性。
【專利說明】用于柴油車尾氣中碳煙消除催化劑的制備方法與應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于柴油車尾氣中碳煙顆粒催化消除的錳鈰基混合氧化物催化劑的配方與制備方法，屬于柴油車尾氣凈化催化劑的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]由于柴油發(fā)動機相對汽油機具有較高的燃油經濟性，較低的運行成本和良好的耐久性，在機動車市場得到了越來越廣泛的應用。然而，柴油車排放的碳煙顆粒給人類的身體健康和賴以生存的環(huán)境帶來了嚴重的損害。由于單純地改進發(fā)動機只能將碳煙顆粒降低到有限的水平，不能滿足日益嚴格的排放法規(guī)，所以，必須開發(fā)高效的催化后處理技術以達到消除碳煙顆粒污染物的目的。目前，用于消除這種有害物質的催化劑主要有貴金屬、鈣鈦礦、金屬復合氧化物等，但是均存在一個普遍的問題:催化劑成本較高，活性穩(wěn)定性和結構穩(wěn)定性不高。根據這種不足，本發(fā)明提供了一種消除碳煙顆粒的催化劑的配方、制備方法與應用。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種消除碳煙顆粒的催化劑配方、制備方法與應用，所述的錳鈰混合氧化物催化劑制備方法與過程簡單，成本低，用于碳煙顆粒催化消除的活性好。
[0004]本發(fā)明是通過下述技術方案加以實現(xiàn):
[0005]一種消除柴油車尾氣中碳煙顆粒的錳鈰混合氧化物催化劑，其特征在于:該催化劑的組成為錳基氧化物和鈰基氧化物混合物，其中Ce:Mn原子比范圍為0.11?I。
[0006]本發(fā)明的催化劑的制備方法，其特征步驟如下:
[0007]I)無水醋酸錳、五水醋酸鈰按照Ce/Mn摩爾比0.11?I稱量后，溶于去離子水中，制成Ce3+，Mn2+離子的混合溶液；同時配置碳酸銨溶液作為沉淀劑；
[0008]2)將步驟I中所得的Ce3+，Mn2+離子的混合溶液在室溫(20?30°C )下滴加到碳酸銨溶液中，澄清溶液立即變渾濁，產生沉淀，滴加的過程中要持續(xù)攪拌；
[0009]3)步驟2中得到的沉淀液前體充分攪拌后靜置老化4?8小時，所得沉淀產物減壓抽濾，并用去離子水充分洗滌，再在烘箱中于100?140°C干燥10?20小時。
[0010]4)將步驟3中的固體研碎，將得到的固體粉末在馬弗爐中500?700°C焙燒3?6h，制得最終產品催化劑，經過物相檢測是我們所要求的結構的催化劑。
[0011]本發(fā)明的催化劑用于消除柴油車尾氣中碳煙顆粒的應用方法，其特征包含以下步驟:
[0012]I)將錳鈰混合氧化物催化劑與碳煙顆粒按照質量比(9:1?20:1)充分混合后，得到催化劑與碳煙的混合物；將混合物轉移至熱重反應池中，在含氮氧化物的反應氣氛中(組成為600ppm NO, 10vol.% O2，其余為N2)加熱，氣體流速IOOmL.min'當溫度在280?450 V區(qū)間時，混合物中的碳煙顆粒得以催化燃燒。
[0013]本發(fā)明采用沉淀法制備稀土元素鈰摻雜的錳鈰混合氧化物催化劑，其優(yōu)點在于:采用廉價的錳鹽為原料，催化劑的生產成本低；另外，采用沉淀法制備，工藝簡單，反應過程容易控制。本發(fā)明所得的催化劑在模擬柴油車尾氣排放的氮氧化物氣氛中，對碳煙顆粒催化氧化溫度在280?450°C范圍，達到了將柴油車尾氣中碳煙顆粒消除的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為實施例1、實施例2、實施例3和對比例I所得樣品，用熱重_差熱方法模擬在氮氧化物氣氛下消除碳煙顆粒的曲線圖。
【具體實施方式】
[0015]實施例1
[0016]1.將8.823無水醋酸錳、1.628g五水醋酸鈰去離子水中分別配成200mL、300mL或500mL的鹽溶液，溶液中Mn/Ce原子比為9:1 ;同時將6.28g碳酸銨溶于去離子水中配成200mL、300mL 或 500mL 堿溶液；
[0017]2.將所得鹽溶液在室溫20°C、25°C或30°C下20min、30min或50min內緩慢加入碳酸銨溶液中，澄清溶液立即變渾濁，產生沉淀，滴加的過程中要持續(xù)攪拌；
[0018]3.得到的沉淀液前體充分攪拌后靜置老化4h、6h或8h，所得沉淀產物減壓抽濾，并用去離子水充分洗滌，再在烘箱中于100°C、120°C或140°C干燥10h、15h或20h ；
[0019]4.將得到的前驅體固體研碎，把固體粉末置于馬弗爐中500°C、60(TC或700°C焙燒3h、4h或6h，制得最終產品，標記為MnCel (表示Ce/Mn原子比為1:9)。
[0020]實施例2
[0021]1.將6.863g無水醋酸錳、4.884g五水醋酸鈰溶于去離子水中，分別配成200mL、300mL或500mL的鹽溶液，溶液中Mn/Ce原子比為7:3 ;同時將6.28g碳酸銨溶于去離子水中配成200mL、300mL或500mL堿溶液；
[0022]2.將所得鹽溶液在室溫20°C、25°C或30°C下20min、30min或50min內緩慢加入碳酸銨溶液中，澄清溶液立即變渾濁，產生沉淀，滴加的過程中要持續(xù)攪拌；
[0023]3.得到的沉淀液前體充分攪拌后靜置老化4h、6h或8h，所得沉淀產物減壓抽濾，并用去離子水充分洗滌，再在烘箱中于100°C、120°C或140°C干燥10h、15h或20h ；
[0024]4.將得到的前驅體固體研碎，把固體粉末置于馬弗爐中500°C、60(TC或700°C焙燒3h、4h或6h，制得最終產品，標記為MnCe3 (表示Ce/Mn原子比為3:7)。
[0025]實施例3
[0026]1.將4.902g無水醋酸錳、8.14g五水醋酸鈰溶于去離子水中，分別配成200mL、300mL或500mL的鹽溶液，溶液中Mn/Ce原子比為5:5 ;同時將6.28g碳酸銨溶于去離子水中配成200mL、300mL或500mL堿溶液；
[0027]2.將所得鹽溶液在室溫20°C、25°C或30°C下20min、30min或50min內緩慢加入碳酸銨溶液中，澄清溶液立即變渾濁，產生沉淀，滴加的過程中要持續(xù)攪拌；
[0028]3.得到的沉淀液前體充分攪拌后靜置老化4h、6h或8h，所得沉淀產物減壓抽濾，并用去離子水充分洗滌，再在烘箱中于100°C、120°C或140°C干燥10h、15h或20h ；；
[0029]4.將得到的前驅體固體研碎，把固體粉末置于馬弗爐中500°C、60(TC或700°C焙燒3h、4h或6h，制得最終產品，標記為MnCe5 (表示Ce/Mn原子比為5:5)。[0030]對比例I
[0031]1.將9.804g無水醋酸錳溶于去離子水中，分別配成200mL、300mL或500mL的鹽溶液；同時將6.28g碳酸銨溶于去離子水中配成200mL、300mL或500mL堿溶液；
[0032]2.將所得鹽溶液在室溫20°C、25°C或30°C下20min、30min或50min內緩慢加入碳酸銨溶液中，澄清溶液立即變渾濁，產生沉淀，滴加的過程中要持續(xù)攪拌；
[0033]3.得到的沉淀液前體充分攪拌后靜置老化4h、6h或8h，所得沉淀產物減壓抽濾，并用去離子水充分洗滌，再在烘箱中于100°C、120°C或140°C干燥10h、15h或20h ；
[0034]4.將得到的前驅體固體研碎，把固體粉末置于馬弗爐中500°C、60(TC或700°C焙燒3h、4h或6h，制得最終產品，標記為MnCeO (表示未對錳氧化物摻雜)。
[0035]催化劑的應用實施例一
[0036]對實施例1、實施例2和實施例3和對比例I所得樣品對柴油車中碳煙顆粒的催化燃燒活性進行研究，具體研究方法如下:
[0037]碳煙顆粒燃燒催化活性評價在Perkin Elmer公司的TG/DTA儀器上進行，使用Degussa 公司的 Printex - U Soot (C: 92.2wt.% ；H: 0.6wt.% ；volatiles: 6wt.% )為反應物。稱取一定的質量比的催化劑與碳煙顆粒(9:1、15:1或20:1)，在瑪瑙研缽中研磨5min以達到緊密接觸。將混合物轉移至熱重反應池中，在氮氧化物氣氛中，從100°C加熱到600°C，升溫速率10°C.mirT1，氣體流速為IOOmL.mirT1，含氮氧化物的混合反應氣組成為:600ppmNO, 10vol.% 02，N2 為平衡氣。
[0038]實驗結果如圖1所示，錳氧化物催化劑摻雜不同含量的稀土元素Ce后，碳煙顆粒的燃燒溫度明顯降低，即錳鈰混合物催化劑上碳煙燃燒活性均高于對比例中未摻雜鈰的樣品。其中實施例2所制備的樣品MnCe3催化劑上碳煙燃燒催化活性最高，碳煙最大燃燒速率溫度為362°C，比未摻雜的樣品的碳煙燃燒溫度低了近30°C。
【權利要求】
1.一種用于柴油車尾氣中碳煙消除催化劑，其特征在于:該催化劑的組成為錳基氧化物和鈰基氧化物混合物，其中Ce:Mn原子比范圍為0.11?I。
2.權利要求1的的催化劑的制備方法，其特征步驟如下: 1)無水醋酸錳、五水醋酸鈰按照Ce/Mn摩爾比0.11?I稱量后，溶于去離子水中，制成Ce3+，Mn2+離子的混合溶液；同時配置碳酸銨溶液作為沉淀劑； 2)將步驟I)中所得的Ce3+，Mn2+離子的混合溶液在室溫下滴加到碳酸銨溶液中，澄清溶液立即變渾濁，產生沉淀，滴加的過程中要持續(xù)攪拌； 3)步驟2)中得到的沉淀液前體充分攪拌后靜置老化4?8小時，所得沉淀產物減壓抽濾，并用去離子水充分洗滌，再在烘箱中于100?140°C干燥10?20小時； 4)將步驟3)中的固體研碎，將得到的固體粉末在馬弗爐中500?700°C焙燒3?6h，制得最終產品催化劑。
3.權利要求1的催化劑用于消除柴油車尾氣中碳煙顆粒的方法，其特征是將錳鈰混合氧化物催化劑與碳煙顆粒按照質量比9:1?20:1混合后，得到催化劑與碳煙的混合物；將混合物轉移至熱重反應池中，在含氮氧化物的反應氣氛中加熱，氣體流速IOOmL.mirT1，當溫度在280?450°C區(qū)間時，混合物中的碳煙顆粒得以催化燃燒。
【文檔編號】B01D53/94GK103977791SQ201410217081
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權日:2014年5月21日
【發(fā)明者】孟明, 代方方, 曹春梅 申請人:天津大學