[发明专利]一种钾铈复合氧化物催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钾铈复合氧化物催化剂及制备方法和应用，取钾、铈前驱体混合；加入适量柠檬酸和去离子水，将以上各物质在电磁搅拌器中混合均匀形成混合溶液；混合溶液于350‑550℃的焙烧温度下焙烧0.5‑2h，冷却后研磨即得钾铈复合氧化物催化剂。本发明在400℃下焙烧获得的钾铈前驱体摩尔比1:1的钾铈复合氧化物催化剂结晶度最高，同时催化活性最高，可以使碳黑颗粒物的起燃温度降低，对柴油机尾气中碳黑颗粒物的有更好的催化氧化性能，比传统催化剂有很大提高；比固相离子交换法、液相离子交换法和超声波分散法焙烧温度低300℃以上，较低的焙烧温度既可以减少钾离子的损失，又可以减少能量的消耗，另外步骤少，操作简单，制备周期短，便于实现工业化。

技术领域

本发明涉及金属氧化物催化剂技术领域，特别是一种钾铈复合氧化物催化剂及制备方法和应用。

背景技术

油机尾气中一氧化碳和和烃类的含量均较低，氮氧化物的含量与汽油机尾气相近，但是碳黑颗粒物的含量远远高于汽油机尾气，碳黑颗粒物(particulate matter，PM)一般粒径小于1微米，其中含有一百个左右的碳原子和约十倍的氢原子。因此碳黑颗粒物的形成必然经过高温热解和脱氢过程，关于碳黑颗粒物的生成机理，目前认为有三种观点：

1.柴油在高温下进行热裂解和脱氢反应形成简单的烃类，再聚合和脱氢后生成C原子，聚合形成固体碳核；

2.柴油先团聚形成小液滴，继而发生热裂解反应，产生碳核；

3.以上两种观点兼而有之，即在火焰中同时发生以上两种过程。

由于碳黑颗粒物的粒径小，比表面积大，易吸附有机物和重金属，通过人们的呼吸进入人体并不断累积，必将威胁人体健康。特别是粒径小于100nm的PM能够穿透细胞膜，进入人体循环系统，还可导致遗传性突变。

因此，控制碳黑颗粒物的排放成了控制大气污染问题的重中之重。

目前，最成熟的柴油机尾气后处理技术是颗粒捕集器(PM过滤器)，是通过过滤层将汽车尾气中碳黑颗粒物过滤收集起来，净化效果较好。但是使用一段时间的使用后，微粒的积聚会阻塞过滤网，引起发动机动力性和经济性变差，因此此项技术能否实现应用的关键在于能否实现颗粒捕集器的周期性再生。但是无催化剂时低于500℃碳黑颗粒物无法发生氧化反应，而汽车行驶过程中柴油机的温度远低于500℃。所以急需一种能够在低温下催化氧化碳黑颗粒，从而实现颗粒捕集器再生的催化剂。而目前，最常用的用复合金属氧化物来制备复合氧化物催化剂催化柴油机尾气中碳黑颗粒物的氧化。

尽管各国科学家已经耗费三十余年的潜心研究，至今尚未找到一种同时兼具价格低廉，来源广泛，活性高，稳定性强，污染性小等诸多优点的催化剂。虽然很多种类的催化剂结构和活性已经被充分的研究，催化机理也得到了一定程度的解释，但是仍然存在不同的缺点，都还与实际柴油机尾气的净化处理有一定的差距。从环境，健康和经济等方面综合考虑，对于消除汽车尾气中炭烟颗粒物的催化氧化催化剂的研究迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种钾铈复合氧化物催化剂及制备方法和应用。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种钾铈复合氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、取钾前驱体和铈前驱体混合，其中钾前驱体和铈前驱体的摩尔比为(1-3)：1；

S2、然后加入适量柠檬酸和去离子水，将以上各物质在电磁搅拌器中混合均匀形成混合溶液；

S3、将上述混合溶液于350-500℃的焙烧温度下焙烧0.5-2h，冷却后研磨即得钾铈复合氧化物催化剂。

优选地，所述钾前驱体为硝酸钾KNO₃、醋酸钾CH₃COOK和氢氧化钾KOH中的一种。