[发明专利]基于贵金属改性分子筛的氮氧化物捕集催化剂及制备方法和应用

权利要求书

1.一种基于贵金属改性分子筛的氮氧化物捕集催化剂，其特征在于：

由Pd和Zr二元金属改性ZSM-5型分子筛组成主催化活性成分，且所述Pd、Zr及ZSM-5型分子筛的质量百分比为：8～15% / 2～8%/ 80～90%，质量百分比之和为100%；

由BaO组成吸附剂；

由La₂O₃和ZrO₂组成助催化剂，且所述La₂O₃和ZrO₂的质量百分比为：30～60% / 40～70%，质量百分比之和为100%；

由γ-Al₂O₃和SiO₂组成涂层助剂，且所述γ-Al₂O₃和SiO₂的质量百分比为：60～80% /20～40%，质量百分比之和为100%；

由所述主催化活性成分、吸附剂、助催化剂及涂层助剂共同组成催化涂层，且所述主催化活性成分、吸附剂、助催化剂及涂层助剂的质量百分比为：0.5～5% / 15～25% / 5～10%/ 60～79.5%，质量百分比之和为100%；

由所述催化涂层与400目堇青石蜂窝陶瓷组成基于贵金属改性分子筛的氮氧化物捕集催化剂，所述400目堇青石蜂窝陶瓷作为催化剂的载体，所述催化涂层与所述载体的质量百分比范围为：15～30% / 70～85%，质量百分比之和为100%。

2.根据权利要求1所述的基于贵金属改性分子筛的氮氧化物捕集催化剂的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

（1）催化剂组成设计

依据权利要求1所确定的各组分之间的配比，分别设计出主催化活性成分中Pd、Zr及ZSM-5型分子筛的质量百分比；助催化剂中La₂O₃和ZrO₂的质量百分比；涂层助剂中γ-Al₂O₃和SiO₂的质量百分比；所述主催化活性成分、吸附剂、助催化剂及涂层助剂的质量百分比；所述催化涂层与所述载体的质量百分比范围；以及计划配制涂层浆液可生成所述催化涂层的质量；

依据已确定的各组分之间的配比以及计划配制涂层浆液可生成所述催化涂层的质量分别计算出所述催化涂层中包含的Pd、Zr、ZSM-5型分子筛、BaO、La₂O₃、ZrO₂、硅胶所生成的SiO₂、纯质γ-Al₂O₃的质量；再结合每230.4g Pd(NO₃)₂▪2H₂O制备106.4g Pd、每429.3g Zr(NO₃)₄▪5H₂O制备91.2g Zr、每255.4g Ba(CH₃COO)₂制备153.3g BaO、每866g La(NO₃)₃▪6H₂O制备325.8g La₂O₃、每429.3g Zr(NO₃)₄▪5H₂O制备123.2g ZrO₂的比例，计算出制备所述催化剂所需要Pd(NO₃)₂▪2H₂O、Zr(NO₃)₄▪5H₂O(1)、Ba(CH₃COO)₂、La(NO₃)₃▪6H₂O、Zr(NO₃)₄▪5H₂O(2)的质量；按照硅胶中SiO₂的质量百分比计算出制备涂层浆液所需要硅胶的质量；再按照每100g催化涂层需要5～15g平均分子量为20000的聚乙二醇以及25～50g硝酸的比例，计算出制备催化涂层所需消耗的聚乙二醇和硝酸的质量；

（2）Pd和Zr二元金属改性ZSM-5型分子筛的制备

称取已确定质量的Pd(NO₃)₂▪2H₂O，并按照每100g Pd(NO₃)₂▪2H₂O对应0.5～2 L去离子水的比例称取去离子水，将已称取的Pd(NO₃)₂▪2H₂O放入已称取的去离子水中，经搅拌配制成溶液；称取已确定质量的ZSM-5型分子筛，并将其加入所述溶液中；在50～80℃下激烈搅拌所述溶液与ZSM-5型分子筛的混合物8～16 h，然后在70～90℃下将水分蒸干；将蒸干水分后的固体在80～110℃下烘干4～16 h，烘干后的固体再在500～550℃下高温焙烧2～3h，即得到Pd改性ZSM-5型分子筛；

称取已确定质量的Zr(NO₃)₄▪5H₂O(1)，并按照每100g Zr(NO₃)₄▪5H₂O(1)对应1～2 L去离子水的比例称取去离子水，将已称取的Zr(NO₃)₄▪5H₂O(1)放入已称取的去离子水中，经搅拌配制成溶液；将已制备得到的Pd改性ZSM-5型分子筛加入所述溶液中；在50～80℃下激烈搅拌所述溶液与Pd改性ZSM-5型分子筛的混合物8～16 h，然后在70～90℃下将水分蒸干；将蒸干水分后的固体在80～110℃下烘干4～16 h，烘干后的固体再在500～550℃下高温焙烧2～3 h，即得到Pd和Zr二元金属改性ZSM-5型分子筛；

（3）涂层浆液的制备

称取已确定质量的Ba(CH₃COO)₂、La(NO₃)₃▪6H₂O、Zr(NO₃)₄▪5H₂O(2)、粉末状γ-Al₂O₃、硅胶、分子量为20000的聚乙二醇和硝酸以及步骤（2）制得的Pd和Zr二元金属改性ZSM-5型分子筛，将8种原料一起加入到质量相当于所计划制备催化涂层质量5～15倍质量的去离子水中，搅拌均匀形成浆状物；然后将所述浆状物在研磨机上研磨至中位粒径D₅₀处于0.8～1.0微米范围内，再将研磨后的浆状物在50～70℃下搅拌48～72 h，即得到涂层浆液；

（4）涂层浆液的涂敷

设计所要涂敷催化涂层的400目堇青石蜂窝陶瓷载体的质量；称取已确定质量的400目堇青石蜂窝陶瓷，将陶瓷载体浸没于50～70℃的所述涂层浆液中，并保证所述载体的上端面略高于浆液液面；待浆液自然提升充满所述载体的所有孔道后，将所述载体从浆液中取出，吹掉孔道内残留流体，在80～110℃下干燥4～16 h，再在500～600℃下焙烧2～4h；重复上述浸渍、干燥和焙烧过程2～3次，即得到基于贵金属改性分子筛的氮氧化物捕集催化剂。

3.一种基于贵金属改性分子筛的氮氧化物捕集催化剂的应用，将根据权利要求2所述制备方法制得的催化剂封装，并将封装后的催化剂安装于柴油机排气道中，实现排气中NOx的高效吸附-还原净化。