[发明专利]一种核壳结构的铈基氧化物催化剂、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂、制备方法及其应用，特别是一种用于催化净化氮氧化物的铈基氧化物催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

氮氧化物(NO_x，主要指NO和NO₂)可以引发灰霾、光化学烟雾和酸雨等重大环境问题，并可以对人体健康产生直接危害。因此，控制NO_x的排放是环境保护领域亟需解决的一个重要问题。

近年来，很多研究致力于NO_x排放控制技术的开发和应用。其中，NH₃选择性催化还原NO_x(即NH₃-SCR)技术自20世纪70年代开始被广泛用于燃煤电厂等固定源NO_x的催化消除，并被引入柴油车尾气等移动源NO_x的催化净化。由于在车上配备NH₃储罐存在一定的危险性，NH₃-SCR技术用于移动源NO_x催化去除时，通常将还原剂NH₃更换成安全性更高的尿素溶液。

含钒(V)的V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂是目前工业上广泛使用的NH₃-SCR催化剂。该催化剂以TiO₂作为载体，以V₂O₅作为活性组分，以WO₃作为催化助剂。虽然经历了近40年的考验，钒基催化剂在实际应用中仍然存在一些问题。比如，活性组分V₂O₅具有生物毒性，高温N₂O生成量较大，活性温度窗口较窄。因此，开发高效、稳定、环境友好的新型SCR催化剂来替代传统钒基催化剂用于NO_x净化，是SCR技术发展的一个重要趋势。

铈(Ce)在稀土市场中占有很大比重且相对廉价。随着中、重稀土用量的不断增加，Ce等高丰度轻稀土元素大量积压，尤其在中国，Ce的应用领域亟需得到进一步拓展。因此，开发Ce在NH₃-SCR领域的应用，尤其是开发Ce基氧化物催化剂，具有非常好的发展前景。

在氧化和还原条件下，Ce³⁺和Ce⁴⁺之间的氧化-还原转换可以在氧化铈(CeO_x)上分别形成不稳定的氧空位和流动性好的晶格氧物种。因此，CeO₂可以被用作NH₃-SCR催化剂的主催化组分。单纯的CeO_x由于还原温度较高且高温易烧结而不适合单独用作NH₃-SCR催化剂，而添加氧化锆(ZrO₂)后，其储氧能力和热稳定性可以显著改善，但CeZrO_x催化剂表面酸性位不足，故在催化剂组分中加入了二氧化钛(TiO₂)，提高其催化性能。

发明内容

针对现有NH₃-SCR催化剂存在的不足，以及轻稀土元素Ce大量积压的问题，本发明首次提供了一种将CeO_x均匀分散到锆(Zr)钛(Ti)复合氧化物表面所形成的金属氧化物催化剂及其制备方法，可用作以柴油车尾气为代表的移动源和以燃煤电厂烟气为代表的固定源NO_x催化净化，特别适用于柴油车尾气的NO_x催化净化。

因此，本发明的目的之一在于提供一种用于催化净化氮氧化物的铈基氧化物催化剂。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种铈基氧化物催化剂，所述催化剂为金属氧化物催化剂CeO_xZrO₂-TiO₂，氧化铈CeO_x均匀分散到锆钛复合氧化物ZrO₂-TiO₂表面。

所述CeO_x为Ce³⁺和Ce⁴⁺的混合氧化物，3/2<x<2。

本发明的目的之二在于提供一种铈基氧化物催化剂的制备方法。

所述方法为分步均匀沉淀法，其包括如下步骤：

(1)配制铈源、锆源和钛源的混合溶液，在常温条件下搅拌均匀；

(2)向溶液中加入缓释沉淀剂；