[发明专利]一种复合氧化物及其制备与作为碳颗粒燃烧催化剂的应用

说明书

本发明涉及一种复合氧化物及其制备与作为碳颗粒燃烧催化剂的应用，属于碳颗粒燃烧的催化剂技术领域。该复合氧化物的化学通式为xAB₂O₄‑(1‑x)A’B₂O₅，其中，A为碱金属元素或碱土金属元素，A′为稀土金属元素，B为第一过渡系金属元素，x的取值范围为0x1。制备方法为将碱金属盐、稀土金属盐和第一过渡系金属盐溶于极性助溶剂的混合溶液中，或者将碱土金属盐、稀土金属盐和第一过渡系金属盐溶于极性溶剂的混合溶液中，再加入有机络合剂，形成前驱体，然后进行焙烧，得到复合氧化物催化剂。该催化剂可以在较低的温度和较宽的温度范围内高效地将碳颗粒深度氧化为二氧化碳，且成本低廉，具有很好的热稳定性，能长时间保持较高的催化活性。

技术领域

本发明属于碳颗粒燃烧的催化剂技术领域，更具体地，涉及一种尖晶石修饰莫来石型复合氧化物及其制备与作为碳颗粒燃烧催化剂的应用。

背景技术

利用微颗粒捕集器是减少柴油机车排放碳颗粒最主要的尾气后处理方法，主要将碳颗粒收集防止进入大气并定期清除捕集的碳颗粒实现捕集器再生，颗粒物的清除效率可以达到90％以上。微颗粒捕集器本身只具有过滤捕集功能，随着使用过程中颗粒物的沉积，发动机背压升高导致发动机性能下降，因此要定期除去碳颗粒恢复捕集器的过滤性能以循环使用。捕集器再生包括主动和被动再生：主动再生指利用外界能量将排气温度提高到颗粒物的起燃温度使颗粒物氧化燃烧去除；被动再生主要通过利用燃油添加剂或者催化剂降低碳颗粒的起燃温度至发动机排气温度区间燃烧去除，该方法避免了额外能量输入，降低能耗且简化了排气处理系统，具有更好的发展前景。碳颗粒连续再生捕集器是基于微颗粒捕集器耦合了氧化催化转化器的被动再生碳颗粒捕集装置，即在微颗粒捕集器之前安装氧化催化转化器将NO氧化为NO₂，利用氧化性更强的NO₂与碳颗粒反应降低其燃烧温度并提高CO₂的选择性，同时在微颗粒捕集器表面涂覆催化剂进一步降低碳颗粒燃烧温度至柴油车尾气温度区间(150-400℃)，因此该技术需要高稳定性的碳颗粒低温燃烧催化剂。与氧化催化转化器相似，贵金属负载催化剂具有优异的碳颗粒催化燃烧性能，但是高昂的价格和差的热稳定性限制了其进一步应用。因此开发廉价且热稳定性好的非贵金属催化剂来净化碳颗粒具有非常重要的意义。

发明内容

本发明解决了现有技术中碳颗粒燃烧催化剂催化活性差的技术问题，提供了一种用于碳颗粒燃烧的尖晶石修饰莫来石型复合氧化物催化剂，可以在较宽的温度范围内高效地将碳颗粒深度氧化为二氧化碳，该催化剂成本低，具有很好的热稳定性，能长时间保持较高的催化活性，明显提高汽车尾气中碳颗粒的去除效率，且该催化剂的制备方法简单，易于操作，适合大规模工业化应用。

按照本发明的第一方面，提供了一种尖晶石修饰莫来石型复合氧化物，该复合氧化物以莫来石相为主相，以尖晶石相为修饰相，所述尖晶石相用于为所述复合氧化物表面增加碱性位点；所述复合氧化物的化学通式为xAB₂O₄·(1-x)A’B₂O₅，其中，A为碱金属元素或碱土金属元素，A′为稀土金属元素，B为第一过渡系金属元素，所述复合氧化物的各个元素的化合价总和为零；所述x的取值范围为0x1。

优选地，所述碱金属元素为K、Rb或Cs，所述碱土金属元素为Ca、Sr或Ba，所述稀土金属元素为Sm、La、Ce、Pr或Gd，所述第一过渡系金属元素为Mn、Co、Ni或Fe。

优选地，所述x的取值范围为0x0.5。

按照本发明的另一方面，提供了任一所述尖晶石修饰莫来石型复合氧化物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碱金属盐、稀土金属盐和第一过渡系金属盐按照所述复合氧化物的化学计量比的用量溶于有机溶剂和助溶剂的混合溶液中，得到反应液；