[发明专利]非贵金属氮氧化物储存还原催化剂LaMnO3/K/ZrTiO4制备与应用

说明书

技术领域

本发明特别涉及一种非贵金属氮氧化物储存还原催化剂LaMnO₃/K/ZrTiO₄制备与应用，属于稀燃汽油车尾气催化剂的技术领域。

背景技术

稀燃发动机的应用可以显著降低燃油消耗，同时减少CO₂排放，然而在此条件下传统三效催化剂如Pt-Rh/Ce-Zr-Al₂O₃等不能有效去除尾气中的氮氧化物(NOx)。20世纪90年代中期，丰田公司提出了NOx储存还原(NSR)的概念，即在稀燃条件下首先利用碱性组分将NOx储存起来，而后在短暂的富燃条件下NOx得以释放并被还原性气体还原生成N₂。目前，氧化铝负载的钡基，钛锆复合氧化物负载的钾基等多种催化剂被用于此反应，但是均存在一个普遍的问题：催化剂中的氧化活性组分都是采用贵金属Pt，而且含量较高，导致催化剂价格昂贵。针对这一缺点，提出一种新的非贵金属负载钙钛矿型催化剂用于稀燃NOx的储存还原，该催化剂具有良好的氮氧化物储存性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非贵金属氮氧化物储存还原催化剂LaMnO₃/K/ZrTiO₄制备与应用。所述催化剂由LaMnO₃钙钛矿全取代传统Pt/K/ZrTiO₄催化剂中的贵金属Pt，其制备过程简单，用于氮氧化物储存效果好。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种非贵金属氮氧化物储存还原催化剂LaMnO₃/K/ZrTiO₄，其特征在于，该催化剂以ZrTiO₄为载体，以LaMnO₃钙钛矿作为氧化组分，其中氧化组分为载体ZrTiO₄质量百分为10～30％，用于储存NOx的辅助组份为钾，钾的负载量为LaMnO₃/ZrTiO₄质量百分为2.87％。

上述催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1).以四氯化钛与氧氯化锆为原料，按钛离子和锆离子摩尔比为1∶1，配制成0.25M的水溶液A；以氨水为原料配制[OH^-]为4M的水溶液B；

2).将步骤1)中制备的A溶液与B溶液按体积比3∶1，在搅拌下将溶液A逐滴加入溶液B中；利用氨水水溶液调节溶液的最终pH为9～10；所得的沉淀液在温度为60～80℃的水浴中搅拌老化10～15小时，然后过滤，用去离子水洗涤直至用AgNO₃溶液检测洗涤液无Cl-为止，得到的滤饼于温度100～150℃干燥20～25小时即获得前驱体；该前驱体在马弗炉中以10℃/min升温速率升温到700℃，恒温焙烧4小时，降至室温后研磨得到ZrTiO₄复合氧化物粉末；

3).以硝酸镧、醋酸锰和柠檬酸为原料，按照三种物质间的摩尔比为1∶1∶2.2进行配料，配制混合溶液C，该溶液中镧离子与锰离子摩尔浓度之和为0.720～2.159M；

4).按每克步骤2)制得的ZrTiO₄加入2ml溶液C计算，将混合溶液C加入到载体ZrTiO₄中；在温度35～45℃使水分蒸干，之后置于温度100～150℃干燥10～15小时，再于管式炉中以10℃/min升温速率升至300℃，恒温焙烧2小时，最后以10℃/min升温速率升至700，恒温焙烧8小时，降至室温后研磨制得负载型钙钛矿LaMnO₃/ZrTiO₄粉末；

5).按步骤4)制得的每克粉末加入1ml的浓度为0.362M的碳酸钾溶液计算，将碳酸钾溶液加入到步骤4)制得的LaMnO₃/ZrTiO₄中，边加入边搅拌制得浆液，然后将浆液在温度100～150℃干燥10～15小时，再置于马弗炉中以10℃/min升温速率升至500℃，恒温焙烧2小时，得到最终的NSR催化剂LaMnO₃/K/ZrTiO₄。