[发明专利]一种高效的柴油车尾气净化氧化催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于催化材料技术领域，具体涉及用于柴油车尾气净化的一种高效催化氧化CO，C₃H₆，C₃H₈的非贵金属介孔复合氧化物催化剂及其制备方法。

背景技术

柴油车作为一种高效节能的动力机械，在实际生活中得到广泛的应用。但是，柴油机排放尾气中的CO、CH化合物、NOx等有毒气体以及碳烟颗粒也严重危害了环境和人类的健康。因此，伴随着柴油车数量的不断增加和严格的柴油车尾气排放法规，柴油车尾气的后处理技术也迅速发展起来。

柴油车氧化性催化剂(DOC)通过催化剂的氧化作用将CO、CH以及SOF氧化成CO₂和H₂O，从而达到降低污染物排放的目的，催化剂无需再生，因此DOC是目前应用最为广泛的柴油车尾气后处理技术。非贵金属DOC催化剂，如：Cu基化合物、Ce基化合物、钙钛矿氧化物等都普遍存在低催化剂活性的问题；而贵金属催化剂依然是DOC的主要活性组分，如：Pt、Pd等，它们对柴油车尾气中的CO和CH化合物具有优异的催化氧化性能，但是其高的催化活性也容易产生硫酸盐，造成硫中毒，导致催化剂失活。除此之外，贵金属基催化剂高的成本也在一定程度上限制它的推广。

因此，研究高抗水性、高抗硫性的高效非贵金属基催化剂用于汽车尾气中CO和CH化合物的催化氧化具有十分重要的科学意义，也是未来DOC材料的发展趋势。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种高效的非贵金属介孔复合氧化物催化剂，不仅能够在较低温度下实现CO，C₃H₆和C₃H₈的催化氧化，并且具有优异的抗水汽中毒能力，同时该催化剂也具有优异的重复使用性能。

在此，一方面，本发明提供一种高效的柴油车尾气净化氧化催化剂，所述催化剂的活性组分为Cu-Mn-Ce-Zr复合氧化物，所述催化剂为介孔结构，按质量计，Ce的负载量为30～40％，Mn的负载量为60～70％，Cu负载量为0～10％，Zr负载量为0～3％。

本发明的催化剂的活性组分为非贵金属复合氧化物，成本较低，多价态金属氧化物催化剂之间存在协同催化作用机制，可以进一步提高催化效果。本发明的催化剂不仅能够在较低温度下实现CO，C₃H₆和C₃H₈的催化氧化，并且具有优异的抗水汽中毒能力，同时该催化剂也具有优异的重复使用性能。

较佳地，Zr负载量为1～3％。

较佳地，所述催化剂的介孔孔径为5～20nm，比表面积为90～250m²/g。本发明的催化剂具有较大的比表面积和丰富的介孔结构，可以提高有效接触面积，提高催化效果。

另一方面，本发明还提供上述催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取Cu-Mn-Ce-Zr复合氧化物中各金属的金属盐溶解于适量的水中配制混合盐的均一溶液；

(2)在40～80℃且搅拌下将沉淀剂滴加至步骤(1)所得到的混合盐的均一溶液中，并反应直至沉淀完全；

(3)将步骤(2)的沉淀分离、洗涤、干燥得到前驱体；

(4)将所得的前驱体在400～500℃焙烧2～4小时，即得到所述催化剂。

本发明制备过程不需要高温、高压以及水热等相对苛刻条件，在40℃～80℃的温度下即可进行。该法制备工艺简单、反应参数易控，原料来源广，便于普及。

较佳地，步骤(1)中，铈盐是硝酸铈、硫酸铈和/或碳酸铈；锰盐是高锰酸钾、硫酸锰和/或乙酸锰；铜盐是乙酸铜和/或硝酸铜；锆盐是硝酸锆和/或硫酸锆。

较佳地，步骤(1)中，混合盐的均一溶液中铈盐的浓度为0.02～0.2mol/L。

较佳地，步骤(2)中，所述沉淀剂为双氧水、碳酸铵溶液、和氨水溶液中的至少一种，优选为双氧水。

较佳地，步骤(2)中，双氧水的浓度为0.1～0.2mol/L。

再一方面，本发明还提供上述催化剂在高效催化脱除柴油车尾气中的CO，C₃H₆和C₃H₈中的应用。

所述催化剂使CO、C₃H₆以及C₃H₈的完全氧化的温度小于250℃。

附图说明