[发明专利]汽车尾气催化剂用钪稳定铈锆复合粉、其制备方法及汽车尾气催化剂

说明书

技术领域

本发明属于汽车尾气催化剂领域，涉及一种汽车尾气催化剂用钪稳定铈锆复合粉、其制备方法及汽车尾气催化剂。

背景技术

汽车尾气净化催化剂是控制汽车尾气排放，减少汽车污染的最有效的手段。CeO₂基固溶体材料是目前常见的汽车尾气净化催化剂之一，该类催化剂主要由活性组分、助剂和氧化铝涂层三部分组成。CeO₂作为助剂其新鲜比表面积可达150m²/g，储氧量为200μmol/g左右，可以氧化汽车尾气中的CO和HC，以减少汽车污染。然而单纯的CeO₂的耐高温性能很差，在850℃以上就会发生烧结，颗粒长大，降低了其比表面积和储氧能力。为了改善这一现象，研究人员提出了多种方案。

例如：在CeO₂表面形成活性涂层γ-A1₂O₃，这种方式虽然在一定程度上提高了CeO₂催化剂的耐高温性能，但是CeO₂会和催化剂活性涂层γ-A1₂O₃相互作用形成CeAlO₃，从而使储氧能力降低，影响了它在催化剂中的助催化作用。

又例如：铈锆固溶体催化材料，其是通常向氧化铈中添加氧化锆，提高氧化铈的储氧量和储、放氧速率，是应汽车尾气净化市场的需求发展起来的一种稀土催化材料。这种铈锆固溶体催化材料虽然在一定的程度上改善CeO₂基催化剂的耐高温性能。然而，这种铈锆固溶体催化材料的持久性耐高温性能也并不能满足日益发展的汽车尾气催化剂的寿命要求。

同时，目前，制备钪稳定铈锆复合粉所采用的方法主要有高温焙烧法、湿化学法（包括共沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法等）。高温焙烧法工艺简单，但产品粒度大，必须经过气流粉碎等机械加工，仅能达到微米级，而且能耗大；溶胶凝胶法优点是所得粉体粒径小，粒度分布窄且均匀，纯度高，缺点是需要高温煅烧且易引起团聚，不适合工业化生产。

发明内容

本发明旨在提供一种钪稳定铈锆复合粉、其制备方法及包括其的汽车尾气催化剂。以提高钪稳定铈锆复合粉的持久性耐高温性能。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种汽车尾气催化剂用钪稳定铈锆复合粉，其特征在于，所述钪稳定铈锆复合粉为包括锆、铈、钪和氧，且主体相为立方相的粉体。

进一步地，上述钪稳定铈锆复合粉的结构式为Ce_xZr_ySc_zO₂，其中铈与锆的摩尔比为3～5∶2～6，z=1-x-y，为0.003～0.03。

进一步地，上述钪稳定铈锆复合粉经共沉淀-喷雾法形成，优选所述共沉淀的处理过程以碳酸氢铵-氨水缓冲体系为沉淀剂，更优选所述碳酸氢铵-氨水缓冲体系的PH值为7～10。

进一步地，上述钪稳定铈锆复合粉的晶体尺寸＜50nm，优选钪稳定铈锆复合粉粉体的新鲜比表面积＞80m²/g，且1000℃老化4h后比表面积＞30m²/g。

根据本发明的另一方面，提供了一种钪稳定铈锆复合粉的制备方法，包括如下步骤：配置反应溶液：将硝酸氧锆、Sc₂O₃、CeO₂和可选的辅料加入到硝酸溶液中，混合得到前驱体母液硝酸溶液；共沉淀处理：将碳酸氢铵-氨水缓冲体系溶液加入到所述前驱体母液硝酸溶液中，搅拌反应，共沉淀获得前驱体胶体溶液；喷雾处理：将所述前驱体胶体溶液作为喷雾液喷洒，以形成所述钪稳定铈锆复合粉。

进一步地，上述配置反应溶液的步骤包括：将所述硝酸氧锆溶解在水中，得到硝酸氧锆水溶液；将CeO₂溶解在硝酸溶液中，得到CeO₂硝酸溶液；优选地，所述硝酸溶液为温度85-95℃的热硝酸溶液；将所述CeO₂硝酸溶液按照铈和锆的摩尔比为3～5∶2～6加入到所述硝酸氧锆水溶液中，再加入钪的摩尔量为铈、锆和钪总摩尔量的1～3%的氧化钪，以及可选的辅料，获得总金属离子摩尔浓度为0.3～1mol/L的所述前驱体母液硝酸溶液。