[发明专利]一种用于柴油车尾气碳烟颗粒消除的整体式催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于柴油车尾气净化技术领域，特别涉及一种用于柴油车尾气碳烟颗粒消除的尖晶石型纳米片整体式催化剂及其制备方法和应用。所述催化剂为负载有单质银的尖晶石型纳米片阵列，银与尖晶石型纳米片阵列的质量百分比为0‑6%且不等于0。本发明提供了一种基本结构由三维大孔的泡沫镍基底和交叉大孔的纳米片组成的催化剂，组成简单；制备方法操作简单合成成本低。本发明制备得到的催化剂在模拟柴油车尾气排放的氮氧化物气氛中，将碳烟的燃烧温度降低至200‑450℃温区内，对碳烟颗粒物的消除效果较好。

技术领域

本发明属于柴油车尾气净化技术领域，特别涉及一种用于柴油车尾气碳烟颗粒消除的尖晶石型纳米片整体式催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

柴油发动机由于经济性高、耐久性强、运行成本低等优点，已广泛应用于重型卡车、客车、船舶领域，其在机动车市场中所占的份额在稳步增长。然而，柴油发动机尾气中碳烟颗粒物的排放不仅会降低空气质量污染环境，还会危害人类的身体健康。虽然催化柴油颗粒过滤器(CDPF)是最有希望消除碳烟的技术，但该技术面临的最大挑战仍然是高活性、高稳定性以及经济性好的催化剂的开发。由于碳烟颗粒较大，在25nm-100nm之间，导致其无法进入传统粉体催化剂的中孔和微孔的孔道内部。此外，碳烟的催化氧化发生在气(O₂和/或NO_x)-固(碳烟颗粒)-固(催化剂)三相界面。因此，提高催化剂与碳烟的接触效率和催化剂的氧化还原性是设计催化剂的关键点。此外，应当注意的是碳烟的燃烧一般依赖催化剂表面吸附的活性氧物种，因此如何提高催化剂对气相氧分子的吸附和活化对设计出高活性的碳烟消除催化剂也至关重要。鉴于此，研发一种新型的催化剂用于碳烟颗粒的催化消除，以改善柴油发动机尾气中碳烟颗粒物的排放带来的环境污染问题势在必行。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于柴油车尾气碳烟颗粒消除的整体式催化剂，以更好的解决碳烟催化消除问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种用于柴油车尾气碳烟颗粒消除的整体式催化剂，所述催化剂为负载有单质银的尖晶石型纳米片阵列，银与尖晶石型纳米片阵列的质量百分比为0-6％且不等于0。

所述的尖晶石型纳米片阵列为NiCo₂O₄。

所述负载有单质银的尖晶石型纳米片阵列负载在三维大孔的泡沫镍基底上。

本发明的一种用于柴油车尾气碳烟颗粒消除的高活性尖晶石型纳米片整体式催化剂，所述催化剂的活性成分为负载有贵金属银的尖晶石型纳米片阵列。

优选的，银与尖晶石型纳米片阵列的质量百分比可为1.5％、3％、4.5％或6％。

本发明进一步提供了一种制备所述的整体式催化剂的方法，将含有过渡金属离子与结构导向剂的混合溶液进行水热反应；然后利用银溶液直接沉积在水热反应产物的表面，干燥、焙烧获得所述催化剂。

其中，所述过渡金属离子为镍离子和钴离子；所述结构导向剂为尿素和氟化铵；金属离子总量：尿素：氟化铵的物质的量比为1:2:5。

对于结构导向剂的选择并不仅限于上述方式，可按照本领域的常规方法进行调整，如改变结构导向剂以及结构导向剂的加入量都可。

水热反应优选在100-140℃下进行3-6h。

优选将泡沫镍置于水热反应装置中，使水热反应的产物负载于泡沫镍上获得前驱体。具体的，可将泡沫镍在水热过程中倾斜放入水热釜的内衬中。

泡沫镍的大小只要能够倾斜放在水热釜的内衬里即可,尺寸一般控制在(2cm-3cm)*(4cm*6cm)。