[发明专利]含稀土的汽车尾气净化催化剂

说明书

本发明涉及到一种净化内燃机、汽车废气中所含一氧化碳、未烧的碳氢化合物，氮氧化合物等有害成份的含稀土催化剂。

七十年代初期以来，含稀土催化剂受到人们的重视，七二年美国“Science”杂志刊登文章，论述含稀土催化剂用于汽车尾气净化的可能性，随后，一些国家公布了有关方面的专利，如：US3884837、3907714、3914389、3914390、GB1430015、JP40878、251837、DT2450605、2604587、BE840444等，分别公开了含稀土催化剂的主要成份，成型方法和晶体结构。其活性组份主要有钴酸镧、钴酸钕以及添加有其它原子价的金属原子，晶体结构类似钙钛矿等。金属氧化物如镨锶钴、镧锶锰、钇锶镍、镧铜锂、镧铜锰等，用其氧化物粉末或残渣灼烧成型，或采用氧化铝作载体。用氧化物粉末或残渣灼烧制造的催化剂，机械强度低，经不起剧烈的机械振动，易磨损、粉化;采用氧化铝制成载体，载体造孔多采用高分子材料，如甲基纤维素、聚乙烯醇类，孔容低，分散度差，金属活性组份附载困难，需多次浸渍，工艺复杂。

鉴于上述存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种资源丰富、成本低、催化活性好、抗毒性和耐热性好、性能稳定、工艺简单并具有一定机械强度的含稀土为主的多元金属氧化物的新型催化剂。

本发明由载体制备、催化剂活性金属组份溶液配制、浸渍、灼烧四个环节构成。

载体制备：载体为r-氧化铝小球，制备方法是，将块状氢氧化铝干胶，通过研磨机或捧磨机研磨成粉料，经160目筛网过筛后，加入适量的添加剂（C₆H₁₀O₅）_n类材料，本发明的添加剂为面粉和小颗粒植物菜籽，面粉加入量为3-13%，植物菜籽加入量为1-6%，与蒸馏水充分搅拌、揉合，加工成型。将成型的载体置于干燥箱中，在80-100℃温度中烘干。再将载体置入烧结炉中灼烧，灼烧温度为200℃、450℃、600℃、850℃，各保温两小时，灼烧过程中需有足够的氧气，灼烧后的载体在烧结炉中逐渐冷却。载体中由于加入了适量的添加剂，高温灼烧过程中添加剂随温度升高逐渐挥发，形成一种具有一定机械强度的特殊网孔结构的球形载体。载体吸水率为18-35%。这种网孔结构提高了活性组份的分散度和稳定性，能迅速排除二氧化碳、水蒸气等反应生成物，利于提高传质效率，增加反应速度，发挥催化剂的作用。

催化剂活性金属组份溶液配制，本发明的催化剂，由以含稀土元素为主的多金属氧化物和微量的助催化剂金属元素组成。其化学组成的金属元素有：X、Ce、Cu、Mn、K，其X系以镧（La）为主体的稀土混合物，K为助催化剂金属元素。本催化剂中，稀土镧（La）和铈（Ce）的配比为 (La)/(Ce) ＝ (5-7)/(1-2.5) ，在催化剂中的稀土元素的含量为14-23.3%Cu含量为1.3-3.2%，Mn含量为1.7-3.5%，助催化剂金属元素为钯（Pd），其含量为0.005-0.03%。稀土元素铈（Ce）的加入提高了活性组份的浸渍穿透能力，保证一次定量浸渍，实现“榨尽吃干”。微量助催化剂金属元素钯（Pd）的加入，显著地提高了催化剂的稳定性和活性。

浸渍：本发明采用一次定量浸渍，为保证在载体中催化剂的活性金属组份含量为17-30%，首先计算出与各金属元素含量相应的硝酸盐的重量，分别配制成水溶液及硝酸钯溶液，将需用量放入容器，加蒸馏水，搅拌均匀，尔后将载体置入，以没过载体为宜，数分钟后加热到80-100℃，边加热边搅拌，直到蒸干。

灼烧：将蒸干的催化剂装入不锈钢的筛网中，置于烧结炉中灼烧。灼烧温度为：200℃、400℃、600℃、800℃，各保温两小时。灼烧时需有足够的氧气，并将分解气体排出室外。

催化剂的活性不仅取决于化学组成，还取决于载体的表面积和网孔结构等物理因素，因为气、固相固体催化剂反应是在固体表面进行的。按本发明制造的催化剂有如下特点：

主催化剂金属活性组份来源丰富、成本低廉。每一组份在复合氧化物中均有良好的活性;

经X射线衍射，合成的金属活性组份，以类钙钛矿型结构为主，特别是微量的助催化剂的加入，提高了催化剂的稳定性和活性。

载体具有特殊的网孔结构，金属组份容易附载，而且分散性好，特别是稀土铈（Ce）的加入，提高了活性组份的浸渍穿透能力，一次定量浸渍即成，工艺简单。

按本发明制造的催化剂，在空速为5000小时^-1时，HC转化率达到铂催化剂的效果，当空速为10000小时^-1、入口温度300℃时CO的转化率为96%，运转1000小时后，CO的转化率仍保持在90%;在汽油车的耐久性行车试验中，测试初始效果，怠速工况CO的净化率为98%，HC净化率为86%，NO净化率为64%，具有三元的催化效果。行车50000公里后CO净化率为85%，HC净化率为71%，NO_x净化率为40%。证明了本催化剂具有良好的抗污抗铅中毒性能和热稳定性。