[发明专利]一种纳米复合铈锆固溶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于机动车排气催化净化领域，特别涉及一种纳米复合铈锆固溶体，还涉及该纳米复合铈锆固溶体的制备方法。

背景技术

机动车尾气是当前大气的主要污染源之一，尾气中HC、CO、NO_x不仅对环境造成危害，而且会直接危害人类的身体健康。为了减少机动车尾气对大气的污染，世界各国都制订了越来越严格的排放标准，并花费了大量人力物力财力来治理机动车尾气的排放、减少污染。就我国而言，早已进入普及国4标准的排放要求，现在正在逐步推行国5标准的排放要求。

机动车尾气污染物治理的最有效方法是采用机外净化催化剂，如三效催化剂。氧化铈组元作为三效催化剂中重要组成之一，其可逆过程为催化剂提供了丰富的储放氧能力。氧化铈的发展从最初的单一组元发展到当今的四元或更多组元的复合铈锆固溶体。单一的氧化铈因为易于烧结而迅速失去储放氧能力，而铈锆固溶体的出现、尤其是纳米级的铈锆固溶体，产生了丰富的晶界相，从晶格上改变了储氧材料的微晶结构，大大提升了材料的热稳定性和储放氧能力，已成为目前三效催化剂研究领域的一个热点之一。而要求越来越高的排放要求，也需要催化剂进一步提升其耐久性能和更好的储放氧能力，其中，纳米铈锆固溶体性能的提升至关重要。

现有技术中，上海跃龙有色金属公司在氧化铈中加入氧化锆，其储放氧能力明显高于单一氧化铈，在600℃老化后，其储氧量是0.440mmol/g；在900℃老化后，其储氧量是0.335mmol/g。中国农业大学和北京理工大学采用不同方法制备铈锆固溶体，测试储氧量为0.106～0.285mmol/g。CN1369460A中将含有锆与铈（III）的硝酸盐水溶液和碳酸氢铵或碳酸铵的水溶液混合，得到沉淀物，在500℃焙烧后储氧量是0.37mmol/g。然而，上述着重探索不同制备方法对产品性能的影响，所得铈锆固溶体样品的热稳定性和储氧能力并不高，其催化转化能力有待提高，才能满足作为机动车排气净化催化剂用载体和助剂的需要，为机动车尾气排放达到相关要求提供技术保障，以减少机动车尾气排放中的HC、CO、NO_x含量，减轻机动车尾气对大气的污染。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种热稳定性好、储氧能力高的纳米复合铈锆固溶体。

本发明的第二目的是提供上述纳米复合铈锆固溶体的制备方法。

技术方案：本发明提供的一种纳米复合铈锆固溶体，由氧化铈、氧化锆、助剂和结构导向模板剂制成。

作为本发明纳米复合铈锆固溶体的一种优选，氧化铈、氧化锆、助剂的质量比为（5～90）：（20～80）：（5～20），更优选地为（30-68）：（40-60）：（8-14）。

作为本发明纳米复合铈锆固溶体的另一种优选，结构导向模板剂的用量为氧化铈、氧化锆、助剂总质量的5～40％，更优选地，优选20-30%。

作为本发明纳米复合铈锆固溶体的另一种优选，尿素的摩尔数与氧化铈、氧化锆和助剂总摩尔数之比为（4-6）：1，优选5:1，双氧水的摩尔数与铈元素的摩尔数之比为（0.6-1.2）：1，优选的为0.7：1。

作为本发明纳米复合铈锆固溶体的另一种优选，所述助剂为氧化镧、氧化钕、氧化镨、氧化钇和氧化钴中的一种或多种的混合，优选氧化镧、氧化镨。

作为本发明纳米复合铈锆固溶体的另一种优选，所述的结构导向模板剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三乙基溴化铵、柠檬酸、乙二胺、异丙胺、吡咯烷、四乙基溴化铵和三嵌段共聚物P123中的一种或多种的混合。

本发明还提供了上述纳米复合铈锆固溶体的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氧化铈、氧化锆和助剂溶于硝酸溶液中，得前驱体溶液；

（2）将前驱体溶液中加入结构导向模板剂、双氧水和尿素，混匀后，恒温晶化反应；

（3）步骤（2）的产物过滤，沉淀洗涤，焙烧，即得。

其中，步骤（1）中，硝酸溶液的质量百分比浓度为65-68%；硝酸溶液体积与氧化铈、氧化锆和助剂总质量比为（1-9）：1。

步骤（2）中，晶化反应温度为150-180℃，优选170℃，反应压力为0.5-1.5MPa，反应时间为12-15h，优选15h。

步骤（3）中，焙烧温度为700-750℃，优选750℃，焙烧时间为3-5h，优选4h。

有益效果：本发明提供的纳米复合铈锆固溶体制备方法简单、成本低廉，通过引入结构导向模板剂引导铈锆粉微晶粒在空间上有序生长，制得的纳米复合铈锆固溶体粒度小，热稳定性好、储氧能力高。