[发明专利]一种鸟巢状的碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种鸟巢状的碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用，所述鸟巢状的碳烟燃烧催化剂为具有纳米线堆积而成的鸟巢状结构形貌的复合氧化物型催化剂，所述复合氧化物型催化剂含有过渡金属元素Cu+Ce+Zr。本发明采用均相共沉淀法制备碳烟燃烧催化剂，煅烧产物晶化良好，能够使碳烟颗粒在400℃左右达到最大燃烧速率，且具有非常好的耐水耐硫性能。

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中碳烟颗粒净化的一种鸟巢状的碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

柴油车由于其经济、热效高以及航程长等优势而在实际生活中得到广泛的应用。然而，柴油机排放的颗粒物(PM，主要为碳黑颗粒)和氮氧化物严重危害了环境和人类，因此，高效的后处理净化工艺势在必行。通常，一个微粒过滤器(DPF)被用来收集柴油车尾气中的碳黑颗粒，收集的碳黑颗粒可以在一个相当高的温度(>600℃)被O₂氧化。然而，柴油机的排气温度一般在150到400℃，其较低的温度难以让尾气中的碳黑颗粒得以燃烧，长期使用后导致DPF失活。因此，开发一种高效的催化剂，使碳黑颗粒在较低的温度下完全氧化是一项迫在眉睫的工作。

常见的用于碳烟颗粒氧化的催化剂，如：CeO₂基化合物、钙钛矿氧化物、贵金属基催化剂等，或是因为缺乏多孔结构而不利于活性位点与碳颗粒的充分接触进而导致催化剂活性过低，或是因为多孔结构的制备成本过于高昂，或是因为贵金属的高成本和易中毒性，从而限制了其规模应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有多孔结构的、催化活性高的，且具有较好的耐硫耐水性能的非贵金属基催化剂。

一方面，本发明提供了一种鸟巢状的碳烟燃烧催化剂，所述鸟巢状的碳烟燃烧催化剂为具有纳米线堆积而成的鸟巢状结构形貌的复合氧化物型催化剂，所述复合氧化物型催化剂含有过渡金属元素Cu+Ce+Zr。

本发明所述鸟巢状的碳烟燃烧催化剂在煅烧后晶化良好，而且还具有由纳米线堆积而成的鸟巢状结构形貌，能够使碳烟颗粒在400℃左右达到最快燃烧速率，且具有很好的耐水耐硫性能，在固体污染物的燃烧降解方面有潜在应用前景。

较佳地，所述鸟巢状的碳烟燃烧催化剂中Cu:Ce:Zr的摩尔比例为x:(100-x-y):y，其中x+y<50，且x和y都不为0。同时Cu，Ce，Zr三元素的均匀分布也有利于三者之间协同催化效应的实现。其中CeO2可大量供给活性氧，Zr可掺杂进入CeO₂晶格并提高其热稳定性并增加活性，CuO可激发活性氧进而与碳烟颗粒反应。

较佳地，所述鸟巢状的碳烟燃烧催化剂中纳米线的直径为1～10nm，长度为50～500nm。

较佳地，所述催化剂的比表面积为100～200m²/g，孔径大小为20～50nm，孔容为0.50-1.00cm³/g。

另一方面，本发明还提供了一种鸟巢状的碳烟燃烧催化剂的制备方法，包括：

将沉淀剂加入到含有Cu源、Ce源和Zr源的溶液A中的到溶液B；

将所得溶液B在70～95℃下处理4～10小时，得到产物C；

将所得产物C在90～100℃下处理5～20小时，再经离心水洗、干燥和煅烧后，得到所述鸟巢状的碳烟燃烧催化剂。

本发明采用均相共沉淀法制备所述鸟巢状的碳烟燃烧催化剂。具体来说，先将沉淀剂加入到含有Cu源、Ce源和Zr源的溶液A中，在70～95℃下处理4～10小时后发生沉淀反应，得到产物C。将将所得产物C在90～100℃下处理5～20小时，使得产物熟化、稳定。然后再经离心、干燥后得到干燥产物。将所得干燥产物经煅烧后，得到晶化良好、催化活性高的鸟巢状的碳烟燃烧催化剂。该方法成本低廉，产率高效，无需专业设备，具有极大的产业化生产价值。