[发明专利]一种含镁稀土储氧材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含镁稀土储氧材料及其制备方法。具体地说，该稀土储氧材料含有一定量氧化镁。该稀土储氧材料是以由钙或/和镁矿物或氧化物、氢氧化物为原料经过焙烧、消化、调浆和碳化等工序中至少一步制备的碳酸氢镁和/或钙水溶液作为沉淀剂，而进行制备。本发明中含镁稀土储氧材料包括但不限于铈锆复合氧化物，也可以为镨锆复合氧化物和铽锆复合氧化物等。该含镁稀土储氧材料是一种优良的催化剂载体或助剂材料，可应用于机动车尾气催化净化和工业废气处理等。

背景技术

机动车尾气已成为城市大气主要污染源。随着汽车尾气排放标准逐步加严，高性能的汽车尾气催化剂需要进一步高温稳定的铈锆复合氧化物助剂材料。铈锆助剂充当一个氧缓冲器，具有储氧、放氧功能，有效拓宽三效催化剂的空燃比操作窗口，提升催化剂的净化效果。在催化剂中通常高比表面是十分必需的，汽车尾气高温下，氧化铈比表面会大幅下降。氧化锆和其他稳定剂的加入会增加铈材料的高温稳定性，而且其氧化还原性能也得到改善。高比表面、高温稳定的铈锆复合氧化物材料已成为机动车尾气净化催化剂的关键材料。镨锆、铽锆复合氧化物也是一种很好的催化剂助剂材料，具有高储放氧能力，在机动车尾气催化控制和工业废气净化方面有很大应用价值。

共沉淀方法是规模化生产铈锆、镨锆、铽锆等稀土储氧材料的常规方法，目前公开的国内外铈锆、镨锆、铽锆等储氧材料制备方法，所用沉淀剂基本上为氨水、碳酸氢铵等碱类，每年产生大量的氨氮废水，对环境造成了严重污染。另一方面为处理氨氮废水，需要增加额外昂贵的环保设备投资和废水处理运行成本。

我国目前加强了环保治理与处罚的力度，特别是废水控制指标日益严格。在我国南方地区，为保护水资源和人类环境，工业污水中的氨氮含量严格控制，指标很高。目前氨氮体系制备技术已经受到巨大应用限制，有的工厂(如稀土分离厂等)已经取消氨氮沉淀体系制备技术，采用碳酸钠或氢氧化钠代替氨水、碳酸氢铵做沉淀剂生产金属碳酸盐、氢氧化物或金属氧化物，但成本增加1倍左右，而且带来了高浓度钠盐废水污染。

发明内容

本发明提出了一种含镁的稀土储氧材料。即该稀土储氧材料含有一定量氧化镁，化学表达式为RE_xZr_yM_zO₂，其中RE代表稀土元素中的至少一种，M代表Mg和其他金属，x、y、z是摩尔比，0.1≤x≤0.9；0.1≤y≤0.9；0＜z≤0.3，x+y+z＝1，储氧材料中氧化镁含量为0.001wt％～5wt％。该稀土储氧材料含有的氧化镁由碳酸氢镁沉淀剂沉淀其他金属时加入或引入，氧化镁含量是通过控制制备工艺参数来控制。该含镁的稀土储氧材料作为助催化剂应用于催化领域，在1000℃下焙烧4小时，比表面积大于35m²/g，1100℃下焙烧3小时，比表面积大于20m²/g，500℃储氧量大于800μmol/g。

进一步说，该含镁的稀土储氧材料中，所述稀土元素为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇、钪中的至少一种，所述其他金属为铝、钛、钙、锶、钡、锰、铁、铜、铪中的至少一种。

本发明也提出了一种含镁稀土储氧材料的制备方法。即为了降低生产成本，消除氨氮废水对环境的污染，提出了一种稀土储氧材料新的制备方法，即以廉价的镁或/和钙矿物或氧化物、氢氧化物为原料经过焙烧、消化、调浆和碳化等工序中至少一步制备的纯净的碳酸氢镁和/或碳酸氢钙水溶液作为沉淀剂沉淀稀土、锆金属离子或稀土、锆及其他金属离子，得到含锆稀土的复合碳酸盐、碱式碳酸盐中的至少一种，再经过焙烧制得含镁的稀土储氧材料。含镁的稀土储氧材料包括但不限于铈锆复合氧化物、镨锆复合氧化物或铽锆复合氧化物。