[发明专利]掺杂金属的镁铝复合氧化物的三元催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种用于汽车尾气处理的掺杂金属的镁铝复合氧化物的三元催化剂，本发明还公开了一种该催化剂的制备方法。

背景技术

汽车尾气的主要污染物是一氧化碳(CO)，碳氢化合物(HC)和氮氧化合物(NOx)，利用安装在排气系统的催化剂可以将CO、HC氧化成二氧化碳(CO₂)、水(H₂O)，并同时使NOx还原为氮气(N₂)，实现尾气的净化，这种催化剂通常称为三元催化剂。三元催化剂有两部分组成：蜂窝状的陶瓷或金属载体，以及附着在载体上的催化剂涂层。催化剂涂层通常由具有大比表面积的氧化物材料(如氧化铝)、储氧材料和分散在氧化物或储氧材料表面的贵金属活性组分(常为Pt、Pd、Rh中的一种或几种)组成。

目前国内外报道的相关专利(US6103660，US3894140和CN93115083.3)，高比表面积的载体一般使用γ-Al₂O₃，γ-Al₂O₃虽然具有较高的比表面积和丰富的酸中心位，但由于目前使用的密耦型催化剂的床层温度可以达到1050℃，所以γ-Al₂O₃易于相变为θ和α态Al₂O₃，其中α态Al₂O₃的比表面积仅为(1-5m²/g)，这样会导致三元催化剂上的贵金属原子团聚，减少了活性位，同时由于γ-Al₂O₃的生产工艺涉及对所用溶液pH值的严格控制和沉淀剂NaOH的清洗问题，都会限制γ-Al₂O₃的生产。近年来层柱状的水滑石衍生的复合氧化物，具有高的比表面积、丰富的酸碱中心位和高温热稳定性，广泛的应用在甲烷裂解制氢、催化燃烧和酯交换反应等领域，都具有较好的活性和选择性；其中在提高载体的热稳定性上，研究人员发现金属锆(Zr)、钡(Ba)和镧(La)等都能起到很好的作用。所以通过对水滑石衍生的复合氧化物掺杂不同金属的三元催化剂对工艺改进和催化性能都具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种掺杂金属的镁铝复合氧化物的三元催化剂及其制备方法，这种三元催化剂具有较高的比表面积，较好的高温热稳定性，而制备方法具有简单易行等特点。

按照本发明提供的技术方案，所述掺杂金属的镁铝复合氧化物的三元催化剂，包括蜂窝状载体以及附着在载体上的催化剂涂层，所述涂层的表达式为Pd-Rh/MA或Pd-Rh/MA-Mⁿ⁺，式中Pd-Rh为贵金属钯和铑；MA为镁铝复合氧化物(MgO-Al₂O₃)；M为掺杂的金属，且M为锆(Zr)、铈(Ce)、钡(Ba)、镧(La)、镨(Pr)和钕(Nd)的单组分或者多组分；n+为掺杂金属的电荷数；其中，掺杂金属的镁铝复合氧化物中的各金属的摩尔浓度比[Mg²⁺]∶[Al³⁺]＝1～1.5，n[Mⁿ⁺]∶([Mg²⁺]+[Al³⁺])＝0.1～0.2，若M为多组分时，掺杂金属的摩尔浓度比为金属相应电荷数比值的倒数；贵金属Pd和Rh的加入量占掺杂金属的镁铝复合氧化物质量的比分别为0.1～0.5％和0.01～0.05％。

上述掺杂金属的镁铝复合氧化物的三元催化剂的制备方法包括以下步骤：

(1)、配制可溶性的镁离子(Mg²⁺)和铝离子(Al³⁺)的混合溶液或者可溶性的镁离子(Mg²⁺)、铝离子(Al³⁺)和掺杂金属离子的混合溶液，其中[Mg²⁺]+[Al³⁺]＝1～2mol/l或[Mg²⁺]+[Al³⁺]+[Mⁿ⁺]＝1～2mol/l；选择沉淀剂(NH₄)₂CO₃或Na₂CO₃溶液，沉淀剂的浓度为1～2mol/l；