[发明专利]一种单分散微米球状碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种单分散微米球状碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂为单分散微米球状颗粒过渡金属氧化物型催化剂，所述单分散微米球状颗粒粒径分布为200～1000 nm，所述催化剂含有过渡金属元素Mn。本发明所述方法制备的催化剂不含任何贵金属，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。

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净化的一种单分散微米球状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，从而不利于碳烟颗粒氧化催化剂的规模应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种单分散微米球状碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用。

一方面，本发明提供了一种碳烟燃烧催化剂，其特征在于，所述催化剂为单分散微米球状颗粒过渡金属氧化物型催化剂，所述单分散微米球状颗粒粒径分布为200～1000nm，所述催化剂含有过渡金属元素Mn。

本发明所述材料具有晶化结构，呈现单分散的微米球状形貌，粒径均一，在固体污染物的燃烧降解方面有潜在应用前景。

较佳地，所述催化剂中还包括过渡金属元素Cu，其中Cu/Mn的摩尔比例为不超过1，优选为不超过0.7。锰氧化物中掺入Cu后，其催化活性，尤其是高温催化活性(对比碳烟转化率达到90％时的特征温度T₉₀)显著提高；而且Cu/Mn比值对催化活性影响显著，最优为Cu/Mn＝1:1。

较佳地，所述催化剂的比表面积为2～50m²/g，优选为5～10m²/g；孔径大小为5～150nm，优选为10～132nm；孔容为0.01～0.50cm³/g，优选为0.02～0.10cm³/g。

另一方面，本发明还提供了单分散微米球状碳烟燃烧催化剂的制备方法，将过渡金属盐溶液A和碱性溶液B快速混合后搅拌一定时间，再经离心水洗、干燥后在400～600℃下煅烧1～5小时，得到所述单分散微米球状碳烟燃烧催化剂。

本发明采用一种简单廉价的制备方法-改造后的共沉淀法，具体来说，将碱性溶液(沉淀剂溶液)和过渡金属盐溶液快速混合使得二者快速反应并均相成核，然后在之后的搅拌陈化过程中各晶核同步长大，煅烧后最终得到了粒径均一的产物，即制备得到一种与碳颗粒高效接触的非贵金属基高活性催化剂(单分散微米球状碳烟燃烧催化剂)。本发明中所述方法便于操作及放大生产，原料廉价易得，无需专业设备，具有极大的产业化应用前景。

较佳地，所述过渡金属盐为Cu或锰的硝酸盐，醋酸盐，硫酸盐、氯化物中的至少一种，所述过渡金属盐溶液A的中过渡金属离子的摩尔浓度为0.01～0.50mol/L。