[发明专利]一种Ag银掺杂改性锰基莫来石氧化催化剂及其制备和应用

说明书

本发明提供了一种银掺杂改性锰基莫来石催化剂的制备方法及其在机动车尾气净化后处理系统的应用。所述的催化剂通过原位络合燃烧法制备得到，该方法实现了银物种和莫来石的均匀混合，再经过高温焙烧，实现锰基莫来石的银改性，得到具有高氧化活性的银掺杂改性锰基莫来石催化剂。本工艺具有如下优点：(1)采用原位络合燃烧法能够提高银纳米颗粒在莫来石基体中的分散性；(2)银掺杂改性能够加速“活性氧”物种的生成和传递，进一步提高锰基莫来石的催化氧化NO和碳烟活性；(3)催化剂具有优异的水热稳定性和抗硫氧化物毒化的性能。该类型催化剂制备方法简单，制备周期短，成本低，适用于机动车尾气中碳烟颗粒和氮氧化物的氧化，应用前景良好。

技术领域

本发明属于机动车尾气净化用催化材料及其制备技术领域，特别涉及一种Ag银掺杂改性锰基莫来石氧化催化剂及其制备和应用。

背景技术

随着我国机动车保有量的增加，机动车尾气成为了重要的大气污染源。为了降低尾气中碳烟颗粒物和NO_x的排放，工业上常采用颗粒物过滤器(DPF)和选择性催化还原(SCR)技术。DPF是通过多孔陶瓷捕集碳烟颗粒物，并且利用高温将碳烟氧化为CO₂，实现过滤器的再生，在DPF中涂覆高活性催化剂，即所谓催化型颗粒物过滤器(CDPF)能够降低再生所需要的温度和再生频率，从而降低油耗，提升系统可靠性。SCR技术是指在催化剂的作用下，利用还原剂优先选择性地将烟气中的NO_x还原为无毒无害的N₂。在SCR技术中NO氧化是非常关键的一步，因为NO氧化可以适当提高废气中NO₂的比例，从而通过快速SCR技术，提高催化剂的低温快速SCR反应活性。此外，NO氧化生成的NO₂还能促进碳烟燃烧从而使颗粒捕集器(DPF)实现有效再生。综上，制备一种兼具催化氧化碳烟和NO的催化剂对于解决当前机动车尾气排放控制有重要意义。

锰基莫来石催化剂，具有超强的氧化性能和高温稳定性，是一种对碳烟和NO有高催化活性的材料，在机动车尾气净化领域的探索已经取得初步成果。美国Nanostellar公司公开了包含莫来石相的用于处理发动机排放控制的混合相氧化物催化剂(WO2013044115)，其中莫来石存在于第二催化活性层，且该混合相催化剂催化氧化NO、CO和HC的能力较贵金属催化剂有所提升。单斌等公开了莫来石复合氧化物催化剂(CN103801288B，CN104624184B)的制备及应用。Feng等(Catalysis ScienceTechnology,2017,7,838-847)报道了锰基莫来石催化碳烟氧化反应具有高活性。目前，对于改性锰基莫来石的研究主要集中在Pt、Pd等贵金属及过渡金属氧化物上，并在一些催化氧化反应中取得了良好的催化效果，如，Liu等(Chemical Science,2018,9,2469–2473)报道了SmMn₂O₅担载Pt催化剂并应用于催化CO氧化，解决催化剂的一氧化碳中毒问题。Lang等(Catalysis ScienceTechnology,2013,1,1-9.)报道了SmMn₂O₅担载不同过渡金属氧化物MO_x(M＝Mn，Fe，Co，Ni或Cu)的制备并应用于催化CO氧化。锰基莫来石的Ag改性至今尚未报道，仅见关于Ag改性锰基钙钛矿的研究，如，Nam等(Journal of Catalysis,2014,319,182–193)报道了Ag改性LaMnO₃钙钛矿催化剂的制备及应用。但是该报道中得到的纳米Ag颗粒的粒径尺寸较大(51-64nm)，不能够充分发挥纳米Ag的作用。采用本方法制备得到的改性莫来石中Ag纳米颗粒尺寸小得多，粒径在2-4nm，分散性好，和莫来石基体的相互作用更强。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种Ag银掺杂改性锰基莫来石氧化催化剂及其制备和应用，主要涉及碳烟氧化和NO氧化，采用原位络合燃烧法对锰基莫来石进行银掺杂改性，该催化剂具有高活性、高稳定性、无毒性和抗水抗硫性，其制备方法操作简单、设备要求简便，该催化剂可用于催化氧化机动车尾气中的碳烟和氮氧化物。