[发明专利]一种碱金属氧化物改良二氧化锡基碳烟消除催化剂及制备方法和应用

说明书

一种碱金属氧化物改良二氧化锡基碳烟消除催化剂及制备方法和应用。用氨水调节五水四氯化锡水溶液pH值至8～10，搅拌30分钟后离心、洗涤至洗出液TDS<20，然后经干燥、焙烧制得SnO₂载体。将SnO₂载体加入适量碱金属硝酸盐溶液中浸渍后，经过干燥、焙烧，制得碱金属Li、Na、K或Cs氧化物改良催化剂。所制备的催化剂在模拟柴油车尾气排放的碳烟颗粒消除反应中表现出了优良的活性。本发明采用廉价的金属盐为原料，催化剂的生产成本低；另采用传统浸渍法制备催化剂工艺简单，反应过程容易控制。

技术领域

本发明属于环境催化技术领域。涉及一种碱金属改良二氧化锡基碳烟燃烧催化剂的制备方法。

背景技术

由于石油资源的日益减少以及地球温室效应日益严重，柴油机因其循环热效率高、燃油经济性好、CO₂排放量低而日益受到重视。但是，柴油机的颗粒物(PM)排放量高，为汽油机排放量的30～70倍，有的甚至高达100倍。目前解决碳烟颗粒排放的方法主要有三种：一是燃料的改进或使用新型的替代燃料；二是柴油车发动机的改进；三是利用排放后处理系统进行净化。但前两种方法无法彻底解决碳烟颗粒的排放问题。用颗粒过滤器收集碳烟颗粒，再使碳烟颗粒被氧化为CO₂，是减少碳烟颗粒物污染最有效的排放后处理方法。然而，碳烟颗粒的热氧化温度高达600℃，柴油车的尾气排气温度仅为150～400℃。因此，需要一种活性高的催化剂来降低碳烟颗粒的氧化温度，使过滤器上的碳烟颗粒被有效氧化除去而再生，避免碳烟颗粒在过滤器上的过度积累，堵塞过滤器，影响柴油车的性能。目前应用于碳烟催化消除的催化剂种类包括贵金属催化剂和非贵金属催化剂等。贵金属催化剂的活性和稳定性均较高，但是昂贵的价格限制了其大规模应用。因此，开发一种性能优越且价格低廉的非贵金属催化剂是目前国内外研究者关注的焦点。

SnO₂属于四方金红石型结构，是一种典型的n型半导体，由于其优良的高温热稳定性，在气敏材料、气体传感器和检测器、半导体及电池等方面具有广泛的应用。近年来，由于SnO₂表面具有活泼的缺位氧以及可还原的表面晶格氧，其在催化方面的应用日益引起人们的广泛关注。申请公开号为CN 101879445A的中国专利中公开了一种催化燃烧去除柴油车碳烟的稀土烧绿石型复合氧化物催化剂及其制备方法。该催化剂的主要成分为金属Mn、Fe、Co、Ni或Cu掺杂改性La₂Sn₂O₇烧绿石，其催化效果较好，可使碳烟颗粒物的起燃温度降低到360～390℃，但是未指明最快燃烧温度是否仍在柴油车通常排气温度范围之内，故其性能是否完全满足柴油车尾气净化的要求尚无法得知。本发明所得的催化剂在模拟柴油车尾气排放的碳烟颗粒消除反应中表现出了良好的活性。

发明内容

本发明的目的是提出一种碱金属氧化物改良二氧化锡基碳烟消除催化剂。

本发明的第二个目的是提出一种碱金属氧化物改良二氧化锡基碳烟消除催化剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提出一种碱金属氧化物改良二氧化锡基碳烟消除催化剂在消除碳烟颗粒中的应用。

本发明所述的催化剂中载体为SnO₂。采用浸渍法制备的催化剂含碱金属的摩尔分数为10%～50%的催化剂，在常压下、反应气组成为10% O₂、Ar平衡气、气体流速为30～100ml/min的条件下具有高的催化活性。

本发明所述的一种碱金属氧化物改良二氧化锡基碳烟消除催化剂，其特征是所述的碱金属包括Li、Na、K或Cs中的一种或两种以上。

本发明所述的一种碱金属氧化物改良二氧化锡基碳烟消除催化剂，其特征是碱金属含量为摩尔分数：10%~50%。

本发明所述的一种碱金属氧化物改良二氧化锡基碳烟消除催化剂，该催化剂是将含有碱金属硝酸盐的前驱体溶液对载体进行浸渍、然后经过高温焙烧后得到的。