[发明专利]净化柴油发动机废气的金属蜂窝状催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于净化柴油发动机废气的金属蜂窝状催化剂及其制备方法，属于催化燃烧方法净化机动车尾气排放的技术领域。

背景技术

氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一，也是形成光化学烟雾的主要前驱物，控制和治理氮氧化物的污染一直是国际环保领域的研究热点。机动车尾气中的NOx已成为当今城市空气污染的主要污染源。近年来，由于柴油车在汽车中所占的份额不断增加，各国对柴油汽车排放污染物的控制日益严格，仅仅依靠机内措施很难达到未来排放法规的要求，需要采用相应的后处理技术。对柴油机动车尾气中NOx的脱除已成为世界性的热点研究课题。目前，以喷射尿素分解成NH₃作为还原剂、以V₂O₅/WO₃-TiO₂为催化剂的选择性催化还原(SCR——Selective Catalytic Reduction)技术被认为是一种最经济有效的去除柴油机尾气中NOx的方法。而该种催化剂通常称为柴油机选择性催化还原催化剂，它主要由两部分组成：陶瓷或金属材质的载体，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、氧化钛)、分散在氧化物材料表面的催化活性组分(常为V、Mn、Cu、Fe、Ag等中的一种或几种)组成。其中分散在氧化物材料表面的催化活性组分(常为V、Mn、Cu、Fe、Ag等中的一种或几种)使NOx与排气系统中提供的还原剂(常为HC、NH3等中的一种或几种)发生反应，为了提高催化剂的转化效率，柴油发动机冷启动选择性催化还原催化剂常安装在靠近发动机排气歧管出口的位置，而一般柴油发动机的排温更多的稳定在450度以下，同时由于柴油发动机排气歧管出口的位置空间所限，在此安装的催化剂必须同时满足低温高活性、及高空速高活性的特点。

目前此类催化剂是为蜂窝状堇青石或金属材质为载体，再负载V、Ti、W等一种或几种氧化物，但蜂窝状堇青石或金属材质载体在废气经过过程中气流主要以直流形式为主，同时由于蜂窝状堇青石导热性能较差，催化剂在高空速、低温度下不易更好的发挥其催化性能。从而会导致更多的利用增大催化剂的体积来解决催化剂的低温、高空速活性问题，这会给企业带来更多的成本压力。

发明内容

针对现有净化柴油发动机排放废气中氮氧化物的堇青石蜂窝陶瓷催化剂的不足之处，本发明的目的旨在提供一种利用强度大、气阻小的金属蜂窝状载体为载体的新型的用于净化柴油发动机废气的金属蜂窝状催化剂，以及其制备技术，以降低催化剂成本，提高催化剂活性。

按照本发明提供的技术方案，一种净化柴油发动机废气的金属蜂窝状催化剂，包括金属载体、涂敷在载体上的涂层，其特征是：所述载体为金属蜂窝状载体，所述涂层主要包括钛白粉、偏矾酸铵、铜锰复合物及硝酸铈的组合物。

所述金属蜂窝状载体的材料为0Cr25Al5，金属蜂窝状载体的网眼目数为30～600目。

在涂层中添加铜锰复合物CuxMny(z)作为催化剂活性成分中的一种；所述CuxMny(z)中，x的范围为0.005～0.5，y的范围为0.005～0.5，z的范围为100℃～600℃；其中，x为Cu的摩尔比，y为Mn的摩尔比，z为焙烧温度。

在所述涂层中，钛白粉的在涂层中的含量为80份，偏矾酸铵在涂层中的含量为0.5～10份，铜锰复合物在涂层中的含量为5～60份，硝酸铈在涂层中的含量为0.5～10份。

制备净化柴油发动机废气的金属蜂窝状催化剂的方法包括以下步骤：

(1)载体的预处理：金属蜂窝状载体的材料为0Cr25Al5，在空气中预处理，使其表面形成一层氧化物膜；

(2)铜锰复合物的制备：将硝酸铜、硝酸锰按CuxMny的形式混合，其中的x为Cu的摩尔比，x的范围为0.005～0.5，y为Mn的摩尔比，y的范围为0.005～0.5，z为焙烧温度；使用铵盐溶液调节至pH＝5～9，经过沉淀后，在100℃～400℃下烘干1～3小时；再在200℃～500℃下焙烧1～3小时，得到铜锰复合物CuxMny(z)；