[发明专利]一种用于汽车尾气催化净化的多功能介孔铈基固溶体催化剂

说明书

本发明涉及一种多功能型介孔铈基固溶体复合氧化物材料，该催化剂的化学结构式为Ce_0.7Co_0.3‑xFe_xO_2‑ζ(0≤x≤0.3)。催化剂是以硝酸铈、硝酸钴、硝酸铁、溴化十六烷基三甲铵（CTAB）和无水乙醇为原料。本发明方法所用原料廉价易得、条件温和，制备工艺方法简单，绿色环保，具有重要的科学意义和良好的应用前景。制得的铈基固溶体催化剂具有比表面积大、粒径小、颗粒分布均匀的介孔结构。催化剂同时具有多种功能，可分别用于催化燃烧去除柴油车碳烟颗粒物、催化氧化NO、催化氧化CO，以及低温NOx吸附等领域。

技术领域

本发明涉及一种用于汽车尾气催化净化的多功能介孔铈基催化剂的制备，及其在催化燃烧去除柴油车碳烟颗粒物、NO、CO以及低温NOx吸附等领域的应用，属于稀土材料制备与催化领域。

背景技术

2016年12月23日，环境保护部发布了《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》的正式发布稿（后简称：《正式发布稿》），该稿件中表示“国六”排放标准将于2020年7月1日起执行。这是全世界最严格的小型车排放标准之一。文件中明确提到：实施新标准，主要改进催化转化器中的催化剂（增加贵金属用量等）、改进燃料喷射方式、增大炭罐容积、改进燃油系统密封性、升级OBD系统等。由于我国国五以及柴油车排放限值低，“国六”将首次采用燃料中立原则，柴油车升级难度高于汽油车。

众所周知，柴油车由于其热效率高、经济性好、二氧化碳排放量低等优势而被广泛应用，然而柴油汽车在给人们带来方便的同时，也产生严重的污染。近几年中国雾霾污染日趋严重，经研究发现，尾气中的PM是形成雾霾的一个重要原因。NOx是氮氧化物NO、NO₂、N₂O、N₂O₂等的总称，柴油机排气中排出的氮氧化物主要是NO和NO₂。NO是一种无色无味的气体，毒性不大，在空气中能生成NO₂，而NO₂是一种红棕色，有强烈刺激性气体。在强烈的阳光下会与HC发生光化学反应，形成二次污染，一些地区频繁发生的酸雨和光化学烟雾等区域性大气污染问题与柴油机尾气排放的NOx和HC密切相关。柴油车尾气中HC和CO含量较低，而且相对易于净化，但CO是一种有毒气体，吸入少量气体就会使人中毒甚至死亡。所以，控制并减少机动车尾气排放是目前亟待解决的问题。

目前，国内外使用的汽车尾气催化净化的催化剂主要有贵金属催化剂、低共熔点催化剂以及多组分复合氧化物催化剂等。其中，贵金属催化剂具有良好的低温活性，但是容易硫(S)中毒失活，高温稳定性差；而且贵金属价格昂贵，这也制约了贵金属催化剂的实际应用。低共熔点的碱金属盐催化剂高温会熔化，导致其具有流动性，进而改善催化剂与碳烟颗粒之间的接触状态，促进碳烟颗粒的催化氧化，但是碱金属催化剂熔点低、碱性强的特点也带来了稳定性差、腐蚀陶瓷DPF等缺点。而多组分复合氧化物催化剂以钙钛矿或类钙钛矿型催化剂以及尖晶石结构催化剂为代表，这类氧化物具有机械强度高、热稳定性好、价格低廉、催化活性较高等优点，但是其多用于碳烟颗粒燃烧反应中，功能性较为单一。

CeO₂中存在容易的Ce³⁺↔Ce⁴⁺变价转换，使其拥有良好的储放氧能力，所以被广泛用于三效催化剂（Three-Way Catalysts，TWC）储氧材料。但是，CeO₂热稳定性较低，在经历高温后易烧结，进而失去其优良的储氧能力。为了提高其耐热性和氧存储能力，通常将其它金属掺杂进CeO₂晶格形成固溶体氧化物，进而表现出期望的理化性质：增大的比表面积，增加的氧空位，以及氧化还原性能的提升。同时由于CeO₂具有极佳的电子转移能力所以可用作活性组分，也可作为改性助剂和载体来使用。而过渡金属Co、Fe具有优良的氧化还原特性，可以充分利用其高氧化还原性能实现低温催化氧化。

基于上述原因，研究和开发一种用于汽车尾气催化净化的多功能介孔铈基催化剂具有重要的经济和实际意义。