[发明专利]贵金属取代钙钛矿柴油机氧化催化器用催化剂及制备方法

说明书

本发明公开了一种贵金属取代钙钛矿柴油机氧化催化器用催化剂。催化剂以Ce‑A位/Pd‑B位取代LaMnO₃型钙钛矿为主催化活性成分，CeO₂、ZrO₂、La₂O₃和K₂O为助催化剂。该催化剂涂敷于DOC中，能够同时高效净化柴油机排气中的PM、HC和CO。以贵金属取代钙钛矿主催化活性成分替代传统DOC催化剂中的贵金属，既保留了贵金属的高催化活性，又发挥了钙钛矿结构对B位活性元素催化性能的协同增效作用。Pd掺杂到钙钛矿晶格结构中，缩小了Pd基催化活性中心粒径，提高了活性中心分散度，减少了贵金属用量，并产生能够高效催化PM中碳质成分氧化反应的新催化活性中心。K₂O在高温下具有良好的流动性，可以为松接触下PM氧化反应提供更多可逸出活性物种。

技术领域

本发明属于柴油机尾气污染物净化技术，具体涉及一种用于柴油机氧化催化器(DOC)且具有良好排气颗粒物(PM)净化性能的催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，柴油车在我国的保有量和行驶里程急速增长，在促进经济发展和方便人民生活等领域作出了突出贡献。但由于燃烧方式的原因，柴油车的PM排放量较大，在2019年我国机动车的PM排放总量中，柴油车的贡献超过了70％。本世纪以来，我国先后颁布、执行了6个阶段的排放法规限制车用柴油机的PM排放，特别是即将在全国实施的国Ⅵ排放法规，其对柴油机的PM排放提出了极其苛刻的控制要求，单独应用柴油机微粒捕集器(DPF)技术来满足国Ⅵ排放法规的PM控制指标难度较高，且即使单独应用DPF能够在排放性能上达标，由于PM净化强度较高，DPF的主动再生周期也大幅缩短。而DPF主动再生不仅占用柴油机正常行驶时间，增加整机维护、保养成本，产生附加燃油消耗，而且频繁高温再生也严重损害DPF载体的可靠性和寿命。因此，可以考虑采取技术措施提高位于DPF上游的DOC对PM的净化性能，使DOC分担更多的PM净化职责，即可实现减少DPF的PM输入流量，延长DPF再生周期的目标。

传统DOC中一般涂敷以贵金属铂(Pt)为主催化活性成分的复合催化剂，可通过其对氧化反应的催化作用净化柴油机排气中HC、CO及PM中SOF成分等能够被氧化的污染物。而SOF成分对DPF再生周期影响不大，真正对DPF再生周期影响显著的是PM中的碳质成分，且尽管PM中碳质成分也能被氧化，但传统DOC对其氧化反应的催化作用极低，难以实现分担PM净化职责，延长DPF再生周期的功能。因此，必须采用新型主催化活性成分替代传统DOC中的贵金属，在保持DOC对其它污染物净化性能的同时，增强DOC对PM中碳质成分氧化反应的催化活性，为DPF运行条件的改善提供新的技术措施。

贵金属钯(Pd)虽然具有比较好的氧化反应催化性能，但在传统DOC中还只能作为Pt的辅助材料，一般传统DOC中Pt的用量超过Pd用量的1～5倍。另一方面，钙钛矿材料是具有与钛酸钙(CaTiO₃)相同或相近晶体结构复合氧化物的统称，该类物质具有A(位)B(位)O₃分子通式。而过渡金属取代的LaMnO₃型钙钛矿材料也具有良好的氧化反应催化性能，但也同样不能独立用作DOC催化剂的主催化活性成分。

发明内容