[发明专利]一种非贵金属负载型催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种非贵金属负载型催化剂及其制备方法和用途，所述催化剂包括非贵金属活性组分和复合金属氧化物载体，所述非贵金属元素包括钴、铁或铜中任意一种或至少两种的组合，所述复合金属氧化物包括铈锡复合氧化物。本发明所述催化剂以复合金属氧化物为载体，负载非贵金属元素，利用载体成分之间的复合作用以及负载元素与载体之间的相互作用，使得所述催化剂在高达800℃仍具有优异的碳烟催化氧化性能及近100％的CO₂选择性，极高的热稳定性可应对实际过程中柴油车尾气的温度变化；同时制备方法简单，非贵金属负载还可以有效降低催化剂的成本，催化剂评价条件接近实际应用条件，使其具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于柴油车尾气净化技术领域，涉及一种非贵金属负载型催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

由于柴油车具有较高的燃油经济性，较低的运行成本和良好的耐久性，使其近年来获得了快速发展和广泛应用。然而，柴油车的碳烟颗粒物(PM)排放量大，有数据表明，2016年我国柴油车的保有量占汽车的10.2％，但其PM排放量接近汽车排放总量的99％，由此可见，柴油车已成为我国机动车PM排放的主要来源。PM的大量排放是造成雾霾、光化学烟雾等空气污染的重要原因；除此之外，PM表面存在大量致癌物质，会给人类的身体健康带来严重危害，因此亟需重点控制PM的排放。

目前，PM控制技术主要有燃料改进技术、机内净化技术、后处理技术以及机内净化技术与后处理技术相结合，但仅靠机内净化和燃料改进措施已难以满足日益严格的排放法规，因此，柴油颗粒物过滤器(DPF)技术得以发展。颗粒物的主要成分是炭黑，其热力学燃烧所需温度大于550℃，而典型的柴油车尾气温度在150～550℃范围内，因此颗粒物会在DPF中逐渐累积，造成背压而引起柴油机的性能下降，因此DPF需要定期再生。DPF的再生途径有两种，分别是主动再生和被动再生：前者是通过压力传感器感知压力变化，使用外加措施如电加热、喷油以及逆向喷气等措施主动对尾气或DPF进行升温，达到碳烟燃烧所需温度，从而实现DPF的再生，但是此方法却降低了燃油的经济性，增加了运行成本和机动车系统的复杂性；后者通过采用涂覆催化剂的DPF(CDPF)，可显著的降低碳烟的燃烧温度，使得累积的碳烟在柴油车尾气温度范围内催化燃烧为CO₂，从而实现DPF的再生，该方法具有简洁、高效等特点，因此在未来柴油车尾气中碳烟去除领域具有良好的应用前景。

CDPF技术的核心是催化剂的开发，目前选用的催化剂主要有贵金属催化剂、碱金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂，其中以贵金属负载型催化剂为主，CN 101982234A公开了一种碳烟颗粒物催化燃烧用催化剂，该催化剂以金属氧化物为载体担载贵金属活性组分，虽然可以降低碳烟颗粒物的燃烧温度，具有较好的低温催化活性，但催化剂的成本较高且稳定性差，无法满足实际应用的需求。由于碱金属氧化物具有较低的熔点，常作为添加剂提高催化剂性能，CN107029698A公开了一种碱金属氧化物改良二氧化锡基碳烟消除催化剂，活性良好，成本较低，但碱金属蒸汽压较高，易于流失，不利于催化剂的稳定性。

综上所述，研制一种成本较低、中低温催化活性高、热稳定性和化学稳定性好的催化剂，对柴油车碳烟尾气的消除具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种非贵金属负载型催化剂及其制备方法和用途，所述催化剂以复合金属氧化物为载体，负载非贵金属元素，利用载体成分之间以及负载元素与载体之间的相互作用，使得所述催化剂的热稳定性和反应活性较高，有利于碳烟颗粒的催化氧化；同时非贵金属负载还可以有效降低催化剂的成本，满足实际应用的需求。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种非贵金属负载型催化剂，所述催化剂包括非贵金属活性组分和复合金属氧化物载体，所述非贵金属元素包括钴、铁或铜中任意一种或至少两种的组合，所述复合金属氧化物包括铈锡复合氧化物。