[发明专利]同时消除柴油车尾气中氮氧化物和碳烟的钙钛矿型催化剂及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种同时消除柴油车尾气中氮氧化物和碳烟颗粒的钙钛矿型催化剂及其制备方法，属于柴油车尾气催化剂的技术领域。 

背景技术

由于柴油机具有较高的燃油经济性，较低的运行成本和良好的持久性，在汽车市场得到了越来越广泛的应用。然而，柴油车排放的氮氧化物和碳烟颗粒给人类的身体健康和赖以生存的环境带来了严重的损害。由于单纯地改进发动机只能将氮氧化物和碳烟颗粒降低到有限地水平，不能满足日益严格的排放法规，所以，必须开发高效的催化后处理技术以达到消除这两种污染物的目的。目前，用于消除这两种有害物质的催化剂主要有简单金属氧化物、贵金属、尖晶石等，但是均存在一个普遍的问题：氮氧化物的消除效率太低，部分催化剂消除氮氧化物的效率仅有10～20％。根据这种不足，本发明提供了一种同时消除氮氧化物和碳烟颗粒的催化剂及其制备和应用。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种同时消除氮氧化物和碳烟颗粒的催化剂及其制备和应用，所述的钙钛矿型复合氧化物催化剂，其制备方法过程简单，用于同时消除氮氧化物和碳烟颗粒的效果好。 

本发明是通过下述技术方案加以实现： 

一种同时消除柴油车尾气中氮氧化物和碳烟颗粒的钙钛矿型催化剂，其特征是分子式为La_0.9M_0.1NiO₃，其中M＝La、Li、Na、K或Rb。 

本发明的催化剂的制备方法，其特征是步骤如下： 

1)硝酸镧、硝酸镍和硝酸盐按摩尔比为0.9∶1∶0.1混合后溶于100～300ml去离子水中，按柠檬酸与La³⁺和Ni²⁺摩尔比为1～1.5向上述溶液中加入柠檬酸，形成La³⁺，Ni²⁺和碱金属离子的溶液；其中所述的硝酸盐为硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾或硝酸铷； 

2)将步骤1中所得溶液在70～90℃水浴中加热搅拌，澄清溶液逐渐变为溶胶，最后转变为凝胶； 

3)步骤2中得到的凝胶在空气中100～140℃干燥10～20h，得到蓬松的固体： 

4)将步骤3中的蓬松固体研碎，将得到的固体粉末在空气中150～250℃加热0.4～0.6h； 

5)然后将步骤4中得到的固体移入马弗炉中焙烧，先在350～450℃下焙烧1～3h，继续升温至650～850℃，煅烧3～6h，制得最终产品La_0.9M_0.1NiO₃。 

本发明的催化剂用于同时消除柴油车尾气中氮氧化物和碳烟颗粒的应用方法，其特征在于包含以下步骤： 

1)将钙钛矿型催化剂与碳烟颗粒按照质量比为20∶1充分混合后，得到催化剂与碳烟的混合物；取10mg混合物在氮氧化物气氛中，其中氮氧化物气氛的组成为：500ppm NO，10vol.％O₂，其余为N₂，气体流速100ml·min^-1，当温度在300～450℃进行加热时，混合物中的碳烟颗粒得以燃烧； 

2)将钙钛矿型催化剂与碳烟的混合后，取0.3g填充在内径为8mm的连续流动石英管式固定床反应器上，通入氮氧化物气氛，其中氮氧化物气氛的组成为：500ppm NO，10vol.％O₂，其余为N₂，气体流速为120ml·min^-1，空速为36,000h^-1，在100～700℃加热范围内，消除氮氧化物。 

本发明采用柠檬酸络合法制备碱金属掺杂的钙钛矿型复合氧化物催化剂，其优点在于：采用廉价的金属盐为原料，催化剂的生产成本低；另外，采用柠檬酸络合法制备，工艺简单，反应过程容易控制。本发明所得的催化剂在模拟柴油车尾气排放的氮氧化物气氛中氮氧化物的消除效率能够达到35％，而且碳烟颗粒能够在300～440℃得以完全燃烧，同时达到了将柴油车尾气中氮氧化物和碳烟颗粒消除的目的。 

附图说明

图1为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5所得样品，用热重-差热方法模拟在氮氧化物气氛下消除碳烟颗粒的曲线图。 

具体实施方式

实施例1 

1.将8.996g硝酸镧和6.042g硝酸镍溶于去离子水中，然后加入8.574g柠檬酸，分别配成100ml、250ml或300ml的溶液；