[发明专利]一种用于氧化去除柴油车碳烟的隐钾锰矿型混合锰氧化物催化剂

说明书

本发明涉及一种用于氧化去除柴油车碳烟的隐钾锰矿型混合锰氧化物催化剂，该催化剂的化学结构式为KMnO_x。该催化剂以高锰酸钾、乙酸锰、乙酸为原料，通过沉淀反应和煅烧制备得到。本发明所用原料廉价易得、条件温和，制备工艺方法简单，具有重要的科学意义和良好的应用前景。制得的KMnO_x催化剂具有较大的比表面积和孔体积，具有多级孔结构特征和良好的氧化还原能力。该催化剂可用于高效催化氧化柴油车碳烟颗粒物。

技术领域

本发明涉及一种用于氧化去除柴油车碳烟的隐钾锰矿型混合锰氧化物催化剂的制备，及其在催化氧化去除柴油车碳烟颗粒物的应用，属于纳米材料制备与催化应用领域。

背景技术

柴油机由于低油耗、高功率、高耐久性和高效率被广泛应用，然而柴油车辆尾气中的颗粒物（PM，主要为碳烟颗粒）可进入人体的呼吸系统，引起肺癌、支气管炎等疾病，对人体健康造成极大危害。因此，高效的尾气后处理工艺势在必行。柴油机后处理技术中，微粒过滤器（DPF）是目前应用最广泛的技术之一。微粒过滤器（DPF）用来收集柴油车尾气中的碳烟颗粒，收集的碳烟颗粒可以在较高温（600°C）被氧气氧化。然而柴油车的排气温度一般低于400°C，在较低的温度下难以使碳烟颗粒得以充分燃烧，长期使用会使微粒过滤器失活。因此，开发一种高效的催化剂实现低温催化氧化碳烟是一项迫在眉睫的工作。

目前，国内外使用的汽车尾气催化净化的催化剂按活性组分不同，可以分为贵金属催化剂、过渡金属催化剂以及碱金属催化剂。其中，贵金属催化剂具有较好的催化活性，热稳定性和选择性等优点，但是贵金属资源短缺，抗硫能力差，高温稳定性差，这限制了贵金属催化剂推广应用。过渡金属一般具有多种价态和较强的氧化还原性能，与碱金属相比，过渡金属催化剂具有较好的热稳定性，但是催化活性不高。碱金属催化剂具有优良的催化活性和较低的使用成本，同时低熔点的碱金属在高温下易熔化，使其具有流动性，进而大大提高催化剂与碳烟颗粒之间的接触面积，促进碳烟颗粒的催化氧化。但是碱金属催化剂熔点低、碱性强的特性也造成了其稳定性差、腐蚀陶瓷DPF等缺陷。

K掺杂型的碳烟燃烧催化剂已被证明是优异的催化碳烟燃烧催化剂。与其它碱金属元素相比，含K材料可以增加化学吸附氧含量，形成低熔点化合物和碳酸盐中间体，从而表现出较高的催化性能。锰元素的化合价态丰富，MnO_x的环境友好性、低毒性、多样化的形态结构以及低成本的特点，使其在各个研究领域受欢迎。隐钾锰矿型氧化锰（OMS-2）催化剂中K和Mn混合价态的存在使得它具有优异的离子交换性能和良好的氧化还原性能。负载在3DOM SiO₂上的K-OMS-2通过K与Mn间的大孔效应，微孔效应以及协同作用提升催化剂的催化性能，Mn物种的价态变化和K的存在对碳烟燃烧的起催化作用。

基于上述原因，研究和开发一种用于氧化去除柴油车碳烟的隐钾锰矿型混合锰氧化物催化剂具有重要的经济和实际意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于氧化去除柴油车碳烟的隐钾锰矿型混合锰氧化物催化剂。

本发明中用于氧化去除柴油车碳烟的隐钾锰矿型混合锰氧化物催化剂包括以下制备步骤：

（1）称取适量高锰酸钾（KMnO₄）溶于75 mL去离子水中，记为溶液Ⅰ；

（2）称取适量乙酸锰（MnC₄H₆O₄·4H₂O）溶于20 mL去离子水中，记为溶液Ⅱ；

（3）先将溶液Ⅱ与42 mL乙酸溶液（6 wt.%）搅拌混合，然后将溶液Ⅰ逐滴加入；

（4）将步骤（3）得到的混合产物在一定温度下加热回流、洗涤、干燥、高温煅烧。降至室温后取出，制得的样品即为隐钾锰矿型混合锰氧化物催化剂。

本发明合成的催化剂为一种用于氧化去除柴油车碳烟的隐钾锰矿型混合锰氧化物催化剂。