[发明专利]铝铈锆复合氧化物催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化材料及其制备方法，特别涉及一种适用于汽车尾气净化、有机废气消除和天然气催化燃烧等废气净化或催化燃烧的铝铈锆复合氧化物催化材料及其制备方法。

背景技术

减少汽车尾气污染、保护大气环境质量，实现生态环境和社会的可持续发展，是目前及未来相当长时间内我国环境保护的重要课题之一。

为减少污染，必须从提高汽油品质、改善发动机燃烧状态和增加尾气净化催化效率三方面进行突破。到目前为止，使用汽车尾气净化催化剂是最有效途径就是通过三元催化装置来降低尾气中HC、CO和NO_x三种有毒气体的含量。

三效催化剂主要是由起催化作用的贵金属活性组分、含CeO₂催化助剂（储氧材料）和用于支撑活性组分的载体组成。而合适的汽车尾气净化储氧涂层材料对贵金属的分散和稳定起到关键作用，同时储氧涂层材料可以提高高温条件下催化剂的储氧能力，扩大其空燃比操作窗口，使催化剂在十分苛刻的操作条件下活性有明显改善。

目前商业上用的含铈的稀土储氧材料和具有高比表面积和较强抗热老化能力的γ-Al₂O₃是分别制备的。

由于CeO₂的热稳定性较差，限制了它的使用。因此，在高温下使用时必须抑制CeO₂的烧结。当将CeO₂中的铈离子用其它阳离子部分取代时，可产生结构缺陷，明显提高其高温热稳定性。

Zr0₂添加到Ce0₂中，可形成Ce0₂-Zr0₂固溶体而改善Ce0₂的体相特性，利于体相氧原子的迁移和扩散，使体相反应过程变得活泼，能够提高Ce0₂的储氧能力和高温稳定性。同时，Pr、Nd、Y、Nb、La和Ba等稀土及碱土元素的加入可进一步增强储氧材料的抗高温老化性，提高其储氧量。储氧材料可有效稳定活性组分的分散，因此具有大的比表面积、较大的孔体积及合适的孔径分布，并具有良好的抗高温老化性能、优异的低温催化性能的铈锆基储氧材料成为新三效催化剂的关键材料。

γ-Al₂O₃的热稳定性、比表面积、孔容、孔径分布、表面酸性以及NO吸附能力在很大程度上影响催化剂的催化性能。提高γ-Al₂O₃的高温热稳定性和表面性能对提高催化剂的活性和使用寿命具有重要意义。研究表明。通过添加稀土、碱土元素等可以提高氧化铝的高温热稳定性，抑制氧化铝由γ相向α相的转变。工业上目前广泛使用的是通过稀土元素或过渡金属元素对拟薄水铝石进行表面改性后经焙烧制备具有较强抗热老化能力的氧化铝。

用铈锆基固溶体等稀土材料与氧化铝相互改性，制备铈锆铝基复合材料，使其兼具储氧材料和氧化铝的共同优点，提高储氧材料及氧化铝的高温抗老化能力，是新一代催化涂层的关键技术。

中国专利专利号为200510020615.1的发明专利公开了一种铈锆铝基储氧材料及其制备方法，其基本组成是由氧化铈、氧化锆、氧化铝和稳定剂，稳定剂选自氧化镧、氧化钇及碱土金属氧化物的至少一种；其制备工艺是（1）按给定的材料组成组分制备硝酸盐混合溶液及碱性沉淀剂；（2）将制备好的两种溶液并流导入反应容器中进行沉淀，沉淀结束后在90-100℃陈化不小于2h；（3）陈化后的反应料液进行固液分离，分离出的固相沉淀物进行洗涤、然后与表面活性剂和水配成浆液；（4）浆液通过蒸发干燥、然后焙烧得铈锆铝基储氧材料。

用上述方法制备的储氧材料的比表面剂在1000℃焙烧5h后最高可达110m²/g以上，至少可达到38m²/g以上；但是，该方法以硝酸铝为原料，成本较高，同时制备出的储氧材料孔径较小、储氧材料的高温抗老化性能较差。

中国专利专利公开号为CN101940921A的发明专利公开了一种双层结构储氧材料及其制备方法，由铈锆固溶体与大比表面γ-Al₂O₃复合而成，其制备方法是：（1）取硝酸镧溶液、硝酸铈溶液、硝酸钇及硝酸锆溶液，置入容器内加入氨水进行沉淀得到沉淀物；（2）在步骤（1）的沉淀物中加入氧化铈质量的工业双氧水，得到铈锆前驱化合物；（3）将前驱体与γ-Al₂O₃质量比1：1混合、搅拌均匀得到混合物；（4）将步骤（3）中的混合物经洗涤、过滤、加入表面活性剂后，再经烘干、焙烧、气流粉碎，得双层结构的粉体储氧材料。