[发明专利]一种钙钛矿型碳烟燃烧高效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中碳烟燃烧的一种钙钛矿型碳烟燃烧高效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钙钛矿型碳烟燃烧高效催化剂及其制备方法和应用。

一方面，本发明提供了一种钙钛矿型碳烟燃烧高效催化剂，所述催化剂为具有纳米颗粒堆积结构形貌的钙钛矿型复合金属氧化物，所述钙钛矿型复合金属氧化物含有金属元素La+Co。

本发明所述钙钛矿型碳烟燃烧高效催化剂的晶化良好，呈现结构疏松的纳米颗粒堆积结构形貌，具有大量的堆积孔，催化碳烟颗粒燃烧性能好，在固体污染物的燃烧降解方面有潜在应用前景。

较佳地，所述钙钛矿型碳烟燃烧高效催化剂中La/Co的摩尔比例为0.5～1.5，优选为0.8～1.3。

较佳地，所述钙钛矿型碳烟燃烧高效催化剂中纳米颗粒的直径为20～50nm。

另一方面，本发明提供了一种钙钛矿型碳烟燃烧高效催化剂的制备方法，其特征在于，将含有Co源和La源的金属盐溶液A和碱性溶液B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，得到所述钙钛矿型碳烟燃烧高效催化剂。

本发明采用改造后的共沉淀法制备钙钛矿型碳烟燃烧高效催化剂，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La源为La的硝酸盐，醋酸盐，硫酸盐、氯化物中的至少一种。较佳地，所述Co源为Co的硝酸盐，醋酸盐，硫酸盐、氯化物中的至少一种，所述金属盐溶液A的中金属离子(La离子和Co离子)的摩尔浓度为0.01～0.50mol/L。

较佳地，将金属盐溶液A和碱性溶液B在0～100℃下搅拌5分钟-24小时。

较佳地，所述碱性溶液B中溶质为碳酸氢盐或/和碳酸盐，优选为碳酸氢盐。所述碳酸盐为碳酸铵或/和碳酸钠。所述碳酸氢盐为碳酸氢钠或/和碳酸氢铵。所述碱性溶液B的浓度为0.5～5.0mol/L。

较佳地，所述金属盐溶液A和碱性溶液B的体积比为(0.1～10)：1。

较佳地，所述金属盐溶液A和碱性溶液B混合方式为碱性溶液B快速倒入金属盐溶液A中、金属盐溶液A滴入碱性溶液B中、或金属盐溶液A与碱性溶液B并流沉淀，优选为碱性溶液B快速倒入金属盐溶液A中。

再一方面，本发明还提供了一种钙钛矿型碳烟燃烧高效催化剂在机动车尾气处理中的应用。

本发明公开一种钙钛矿型碳烟燃烧高效催化剂及其制备方法。所述材料经共沉淀法制得，低温(0-100℃)下反应，不添加任何有机试剂，经煅烧后晶化良好，形貌均一，粒径均匀，能够将碳烟颗粒在360℃以下燃烧完全。而且本发明制备的所述催化剂不含任何贵金属，且结晶良好。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。

附图说明

图1为本发明实施例1所制得的钙钛矿型碳烟燃烧高效催化剂的低倍扫描电子显微镜图；

图2为本发明实施例1所制得的钙钛矿型碳烟燃烧高效催化剂的高倍扫描电子显微镜图；

图3为本发明实施例1所制得的钙钛矿型碳烟燃烧高效催化剂的X射线衍射图谱；

图4为本发明实施例2中钙钛矿型碳烟燃烧高效催化剂对碳烟的催化转化效果图；

图5为本发明实施例3所制得的钙钛矿型碳烟燃烧高效催化剂的X射线衍射图谱；