[发明专利]一种复合铈锆固溶体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种复合铈锆固溶体及其制备方法，所述复合铈锆固溶体，由氧化铈、氧化锆和稀土助剂复合而成，其重量百分比如下：氧化铈15‑80%，氧化锆15‑60%，稀土助剂5‑25%，所述稀土助剂为氧化镧、氧化镨、氧化铷、氧化钇、氧化钐、氧化铽、氧化镝、氧化铒中的一种或多种。本发明的复合铈锆固溶体的制备方法步骤简单，所用原材料廉价易得，采用本发明制备的复合铈锆固溶体具有高的储氧能力和热稳定性等性能，由于经过复合表面活性剂修饰以及碳化焙烧处理，同时也使得复合铈锆固溶体获得了较大的孔径和孔容。

技术领域

本发明涉及一种复合铈锆固溶体及其制备方法。

背景技术

随着汽车工业的高速发展，汽车尾气污染已经引起了社会的普遍关注，采用三效催化剂（TWC）催化净化汽车尾气是目前解决尾气污染的主要途径之一。自从上世纪80年代初开始，氧化铈基高性能稀土储氧材料在汽车尾气净化三效催化剂中得到了广泛的应用，成为三效催化剂的关键材料，其决定了催化剂的性能和寿命，是各个企业在汽车尾气净化催化剂领域竞争的焦点。由于纯氧化铈的抗老化性能较差，当焙烧温度高于850℃时基本失去储氧能力。研究结果表明在氧化铈中添加适量的锆可以显著提高氧化铈的热稳定性和储氧性能，使铈锆固溶体成为汽车尾气净化催化剂的第二代储氧材料。虽然铈锆固溶体的储氧性能及抗老化性能明显优于纯氧化铈，即使在高温下出现明显烧结时也能保持高的储氧量，但是随着汽车保有量的不断增大以及环境污染的日益严重，汽车尾气净化用三效催化剂的性能尤其是储氧材料的热稳定性和储氧性能仍有待进一步提高。研究发现在铈锆固溶体复合氧化物中添加La、Pr、Nd、Y、Al等一种或多种元素时能够进一步改善储氧材料的储氧性能和热稳定性能，已经成为三效催化剂中储氧材料的主流。汽车尾气净化催化剂是在高空速和高温条件下使用的，作为载体之一的铈锆固溶体除要求具有合适的储氧性能和抗老化性能之外，还要求其抗老化性能能够适应汽车尾气净化催化剂的工作条件，即高的比表面积、大的孔容及合适的孔径，并具有良好的抗高温老化性能。如何使掺杂有其它元素的铈锆固溶体储氧材料达到最佳性能，其关键仍然在材料的制备方法或工艺。

目前制备铈锆固溶体的方法主要有共沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法、水热法、高能球磨法等。其中，共沉淀法因工艺简单、条件易于控制、产品均一性好、生产成本较低、便于工业化生产等优点得到了广泛的应用，但是现有的共沉淀法工艺多样，制备的铈锆固溶体性能在某些方面不能满足汽车尾气净化催化剂的需求，如储氧量与热稳定性、表面积或孔性质无法同时完美匹配等。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种复合铈锆固溶体及其制备方法，所制备的复合铈锆固溶体具有高储氧能力、高热稳定性和多孔结构等特点，适用于汽车尾气净化、有机废气消除等废气净化或催化燃烧。

本发明的复合铈锆固溶体，由氧化铈、氧化锆和稀土助剂复合而成，其重量百分比如下：氧化铈15-80%，氧化锆15-60%，稀土助剂5-25%，所述稀土助剂为氧化镧、氧化镨、氧化铷、氧化钇、氧化钐、氧化铽、氧化镝、氧化铒中的一种或多种。

本发明的复合铈锆固溶体的制备方法，包括以下步骤：

1）将计量的碳酸铈、碳酸锆和稀土助剂溶解在硝酸和双氧水的溶液中，在25-50℃温度下充分搅拌，制得可溶性的硝酸盐混合溶液A；所述稀土助剂为氧化镧、氧化镨、氧化铷、氧化钇、氧化钐、氧化铽、氧化镝、氧化铒中的一种或多种；

2）将计量的氨水加入去离子水中，并加入计量的表面活性剂，在25-50℃温度下充分搅拌，制得溶液B；

3）在25-100℃温度下，将硝酸盐混合溶液A和溶液B以1-5ml/min的速度并流滴加于烧杯中，并充分搅拌；完全沉淀后再加入计量的双氧水，继续搅拌30分钟；

4）将步骤3）得到的固液混合物在一定温度下静止陈化一定时间；经过抽滤、洗涤、干燥和焙烧后得到复合铈锆固溶体。