[发明专利]一种具有较大孔半径的介孔铈锆储氧材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有较大孔半径的介孔铈锆储氧材料的制备方法。该材料是基于嵌段共聚物（聚氧乙烯‑b‑聚氧丙烯‑b‑聚氧乙烯，F127）/酚醛树脂模板，通过嵌段共聚物在体系中的分子聚集及在高温环境中的脱除作用和酚醛树脂在高温环境中的成碳支撑作用而制得。该材料中各组分以固溶体的形式存在，且通过调整酚醛树脂的用量可使600℃焙烧后制得材料的孔半径在6nm~16nm之间调控。

技术领域

本发明涉及汽车尾气净化催化剂领域，具体涉及一种孔半径可控的介孔铈锆储氧材料的制备方法，属于化工材料领域。

背景技术

随着我国经济的快速发展，汽车行业也得到了长足的发展，全国汽车保有量快速增长，由此也导致汽车尾气污染问题逐渐凸显。汽车尾气排放物中含有众多的污染物，其中最主要的三类污染物是一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)以及氮氧化合物(NO_x)。要将这三类主要污染物转化为无毒害的物质，最经济最有效的手段是安装车用三效催化剂，通过三效催化剂的作用将这三类物质氧化还原为二氧化碳(CO₂)、水(H₂O)、氮气(N₂)等。但氧化反应和还原反应为不同反应类型，氧浓度会直接影响到这两类反应发生的效率，因此对于以上催化过程需合理控制氧浓度，从而使三类污染物的转化率达到最大。

要达到控制氧浓度的目的，需要储氧材料发挥效用。目前应用较多的储氧材料主要是铈基储氧材料，这种储氧材料因三价态的铈离子和四价态的铈离子之间的转变而表现出储氧和放氧能力，由此可控制氧浓度的变化，进而使三种污染物(CO、HC、NO_x)的转化率达到理想值。纯氧化铈(CeO₂)作为储氧材料时，热稳定性差，在高温下易发生孔道塌陷及颗粒烧结现象，使材料自身的比表面积下降严重，由此带来两方面问题：其一比表面积的降低不利于贵金属的分散；其二由于CeO₂储放氧以表面氧为主，比表面积的下降会导致材料储放氧量的严重降低。针对纯CeO₂热稳定性较差的问题，在实际应用中通常会引入锆离子(Zr⁴⁺)来调整材料的体相结构，形成铈锆固溶体(CeO₂-ZrO₂)材料，进而提高材料在高温下的结构稳定性。

CeO₂-ZrO₂材料相对于纯CeO₂材料在热稳定性及储氧性能方面已有较大提升，但面对日益严格的环保法规，仍需对CeO₂-ZrO₂材料进一步优化，尤其是进一步提升其热稳定性，因为高温条件下织构性能会直接影响催化性能。铈锆储氧材料的热稳定性与材料织构性能尤其是孔结构密切相关，一般情况下，在高温环境下首先发生孔径较小孔道的烧结现象，表现为材料的比表面积下降、孔容减小；而大孔结构由于材料颗粒间相距较远，发生聚集所需的迁移距离长，相对而言不易发生孔道的烧结，孔结构破坏较小，有利于催化效率的保持。铈锆储氧材料的孔半径对于提高材料的结构热稳定性至关重要。本发明将嵌段共聚物(聚氧乙烯-b-聚氧丙烯-b-聚氧乙烯，F127)与酚醛树脂相结合，通过嵌段共聚物在体系中的分子聚集及在高温环境中的脱除作用和酚醛树脂在高温环境中的成碳支撑作用增大材料的孔半径，制备具有较大孔半径的铈锆储氧材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可制得较大孔半径的介孔铈锆储氧材料的方法，通过该方法可将材料的介孔尺寸在6nm～16nm范围内调整，且材料各组分仍以固溶体形式存在。

本发明采用的技术方案如下：

一种具有较大孔半径的介孔铈锆储氧材料，由以下质量百分比组分物质经搅拌溶解、干燥、热固化、焙烧制备而成：

本发明提供以上介孔铈锆储氧材料的制备方法，具体步骤如下：