[发明专利]用于碳烟颗粒催化燃烧的催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂及其制备方法和应用，特别是涉及一种用于碳烟颗粒催化燃烧的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球石油资源短缺的加剧和CO₂减排压力的增加，柴油机车以其高燃油经济性和低排放性的优点，成为汽车行业发展的方向。然而，柴油车尾气中氮氧化物(NOx)的浓度与汽油车相当，颗粒物(PM)的排放更是汽油车的30～80倍。因此，以NOx和PM为特征的尾气排放污染成为制约柴油车广泛应用的重要因素。颗粒物捕集器(DPF)被认为是目前去除柴油机中PM最有效的技术手段。为防止在使用过程中碳颗粒物在捕集器上过度积累而堵塞捕集器，需要采用完全氧化的方式将其在线消除。在实际工况条件下，柴油机的排气温度一般为150℃～400℃，但在运行过程中也会偶尔超过700℃以上，因此开发具有较好的中低温催化燃烧性能和良好的热稳定性的氧化型催化剂具有重要的理论意义和应用价值。

中国专利公开号CN103212414A公开了一种降低碳烟颗粒燃烧温度的负载型银催化剂及其制备方法，催化剂组成通式为Ag/Ce_1-xM_xO_y。该催化剂在松散接触条件下，能将碳烟颗粒的燃烧速率最大时对应的温度(T₅₀)降低到400℃左右。然而，在催化剂制备过程中，需要添加表面活性剂及水热处理，且贵金属Ag的添加提高了制备成本，这势必限制其的工业应用。

中国专利公开号CN101811052A公开了一种以类水滑石为前驱物制备的用于碳烟颗粒燃烧的复合氧化物催化剂及其制备方法，由过渡金属氧化物(氧化镍、氧化钴或氧化铜)与氧化铝组成。该催化剂在紧密接触条件下，模拟柴油车排放气氛，将碳烟颗粒的催化燃烧温度降低至300℃左右。然而，对于松散接触状态下催化剂的催化燃烧性能则没有提及。

中国专利公开号CN101879445A公开了一种能催化燃烧去除碳烟颗粒的稀土烧绿石型复合氧化物催化剂及其制备方法，催化剂组成成分较为复杂，表达式为A₂B_2-xM_xO₇，为三元金属复合催化剂。该催化剂在模拟工况条件，紧密接触情况下，碳烟颗粒的起燃温度在320℃～390℃，催化性能较差，远不能达到实际应用的要求。

中国专利公开号CN102658122A公开了一种降低柴油车尾气碳烟颗粒燃烧温度的稀土氧化物和过渡金属氧化物负载碱金属的催化剂及其制备方法，催化剂的组成通式为K/CeO₂-MnO₂。该催化剂在松散接触条件下，模拟柴油车尾气气氛，能将碳烟颗粒的燃烧温度降低到395℃。然而K元素具有低熔点、易挥发的特点，尤其是在水蒸汽存在条件下容易造成催化剂上K的流失，因此该催化剂的稳定性不能满足实际应用。

中国专利公开号CN103028417A公开了一种活性成分为Ce和Co的复合氧化物，辅助活性成分为碱金属和过渡金属Mo的催化剂及其制备方法。该催化剂在8％O₂气氛，松散接触情况下，碳烟颗粒的最大燃烧温度可降低到365℃左右，具有较好的催化性能。然而该催化剂的高温热稳定性没有提及。

现有技术公开了紧密/松散接触下的具有高氧化性能的催化剂及其制备方法，催化剂的组成成分较为复杂，制备过程中影响催化剂性能的因素较多，制备成本也相对较高，不易工业化生产。另外，催化剂经过高温处理后的催化性能也极少提及。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于碳烟颗粒催化燃烧的催化剂及其制备方法和应用。该催化剂具有能降低柴油车碳烟颗粒燃烧温度、能高效催化燃烧去除柴油车碳烟颗粒等优点，而且制备方法简单、操作和推广性强。

为解决上述技术问题，本发明的用于碳烟颗粒催化燃烧的催化剂(即一种铈基催化剂)，其组分包括：CeO₂和过渡金属，其中，过渡金属的重量含量为0～20％；其中，过渡金属包括：Ag、Co、Fe、Ni、Cu中的一种或多种，优选Ag或Co。

所述催化剂的BET比表面积可为100m²/g以下，粒径分布较宽，可在300nm以下。

另外，本发明还提供上述催化剂的制备方法，其步骤包括：

1)根据催化剂的组分，将铈盐和过渡金属盐配制成前驱体盐溶液；

其中，所述铈盐包括：硝酸亚铈；