CN105688963B - 一种汽车尾气处理催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车尾气处理催化剂及其制备方法和应用，制备步骤包括：载体的制备、催化剂胶体制备、催化剂胶体改性及改性后催化剂胶体与载体的混合。本发明制备获得的汽车尾气处理催化剂以碳化硅等为主要材料制备的载体具有纳米微孔结构，并且将稀有元素与中性盐混合制备获得催化剂胶体，此外采用少量贵金属对催化剂进行改性，最终将催化剂微粒吸附于载体的微孔结构中，使得制备获得的汽车尾气催化剂对NO的转化率大幅提高。此外，本发明制备获得的催化剂合理利用稀土资源，且价格适中，不会造成二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及汽车尾气处理领域，尤其涉及一种汽车尾气处理催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
国民经济的腾飞和人民生活水平的大幅度提高，随之推动力汽车产业的迅猛发展。近年来，我国汽车产量一直以13%～15%的速度递增，相关资料统计，1996年底全国汽车拥有量为1100万辆，而到2005年我国汽车市场已一举超越德国和日本，出人意料地仅次于美国，跃居世界第二位，汽车保有量达到3000万辆。且据估测，在今后的10～15年中，我国汽车保有量还将以9%左右的速度增长，到2020年，其保有量将有望达到1.4亿辆。
全球汽车保有量的高速增长，带来的是尾气污染物排放量持续攀升，美国每年向大气排放的污染物高达2～2.13亿吨，日本每年由汽车尾气向大气排放的污染物亦达到600万吨。而在我国，尽管汽车总保有量与发达国家相比还相对较少，但汽车排放污染物在大气污染物中的分担率却与发达国家相当。城市中，汽车排放的一氧化碳及一氧化氮对大气污染的分担率分别达到85%和40%，汽车尾气污染已成为城市污染的主要污染源之一。事实上，在大城市地区，汽车尾气所产生的污染量比任何其他单一的人类活动产生的污染量都多，全球因燃料而产生的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物的排放量，几乎50%来源于汽油机和柴油机。
目前，国际上汽车排放控制的主流技术是电子控制燃油喷射系统加三效催化转化器的结合使用。而作为这一技术的核心部分，三效催化转化器在其中起着重要的作用。在国外，汽车排气净化催化剂已经实现了产业化，比较有成效的是贵金属三效催化剂，其以贵金属为活性组分，从而减少有害气体的排放，却存在资源短缺、价格昂贵、成本过高以及二次污染的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：
为了获得一种减少汽车尾气有害气体排放，且合理利用资源，价格适中的汽车尾气处理催化剂，本发明提供了一种汽车尾气处理催化剂及其制备方法和应用。
技术方案：
一种汽车尾气处理催化剂的制备方法，包含以下步骤：
第1步、载体制备：按重量份计，将碳化硅15～36份、二氧化钛4～17份、氧化镧8～22份、亚砜12～26份同时加入球磨机中，研磨至粉末粒径为300～500目；将粉末混合物置于抽真空反应釜中，在压力为－0.7MPa～－0.1MPa、温度为265℃～425℃条件下搅拌反应15～28分钟；加入氧化铝9～16份，并通入氧气，352℃恒温反应12～18分钟，即可制得催化剂载体；
第2步、催化剂胶体制备：按重量份计，将氧化铈8～32份、碳酸铋9～23份、二氧化锰8～17份、硫酸铵4～16份、浓硝酸18～42份同时加入反应釜中，搅拌反应20～45分钟；向其中滴加质量浓度为7.3%～9.2%的氢氧化钠溶液15～37份，反应结束后经高速离心分离，用氯化钠溶液洗涤获得催化剂胶体；
第3步、催化剂胶体改性：向第2步中获得的催化剂胶体中加入铂粉2～9份，搅拌均匀后置于真空干燥机中，在压力为－0.5MPa～－0.2MPa，温度为85℃～120℃条件下烘干；
第4步、将改性后的催化剂胶体与载体混合，边加热边搅拌，在温度为800℃～1200℃中煅烧25～50分钟，即可制得汽车尾气处理催化剂。
优选的，第1步、载体制备：按重量份计，将碳化硅32份、二氧化钛13份、氧化镧18份、亚砜21份同时加入球磨机中，研磨至粉末粒径为400目；将粉末混合物置于抽真空反应釜中，在压力为－0.3MPa、温度为358℃条件下搅拌反应23分钟；加入氧化铝13份，并通入氧气，352℃恒温反应15分钟，即可制得催化剂载体。
优选的，第2步、催化剂胶体制备：按重量份计，将氧化铈26份、碳酸铋17份、二氧化锰14份、硫酸铵13份、浓硝酸36份同时加入反应釜中，搅拌反应38分钟；向其中滴加质量浓度为8.6%的氢氧化钠溶液32份，反应结束后经高速离心分离，用氯化钠溶液洗涤获得催化剂胶体。
优选的，第3步、催化剂胶体改性：向第2步中获得的催化剂胶体中加入铂粉6份，搅拌均匀后置于真空干燥机中，在压力为－35MPa，温度为105℃条件下烘干。
优选的，第4步、将改性后的催化剂胶体与载体混合，边加热边搅拌，在温度为1050℃中煅烧40分钟，即可制得汽车尾气处理催化剂。
上述任一方法制备获得的汽车尾气处理催化剂。
所述汽车尾气处理催化剂在转化汽车尾气中NO的应用。
优选的，所述转化过程催化剂的燃烧温度为600℃～1100℃。
有益效果：
本发明制备获得的汽车尾气处理催化剂以碳化硅等为主要材料制备的载体具有纳米微孔结构，并且将稀有元素与中性盐混合制备获得催化剂胶体，此外采用少量贵金属对催化剂进行改性，最终将催化剂微粒吸附于载体的微孔结构中，使得制备获得的汽车尾气催化剂对NO的转化率大幅提高。此外，本发明制备获得的催化剂合理利用稀土资源，且价格适中，不会造成二次污染。
具体实施方式
实施例1
一种汽车尾气处理催化剂，由以下步骤制得：
第1步、载体制备：按重量份计，将碳化硅32份、二氧化钛13份、氧化镧18份、亚砜21份同时加入球磨机中，研磨至粉末粒径为400目；将粉末混合物置于抽真空反应釜中，在压力为－0.3MPa、温度为358℃条件下搅拌反应23分钟；加入氧化铝13份，并通入氧气，352℃恒温反应15分钟，即可制得催化剂载体；
第2步、催化剂胶体制备：按重量份计，将氧化铈8份、碳酸铋9份、二氧化锰8份、硫酸铵4份、浓硝酸18份同时加入反应釜中，搅拌反应20分钟；向其中滴加质量浓度为7.3%的氢氧化钠溶液15份，反应结束后经高速离心分离，用氯化钠溶液洗涤获得催化剂胶体；
第3步、催化剂胶体改性：向第2步中获得的催化剂胶体中加入铂粉2份，搅拌均匀后置于真空干燥机中，在压力为－0.5MPa，温度为85℃条件下烘干；
第4步、将改性后的催化剂胶体与载体混合，边加热边搅拌，在温度为800℃中煅烧25分钟，即可制得汽车尾气处理催化剂。
实施例2
一种汽车尾气处理催化剂，由以下步骤制得：
第1步、载体制备：按重量份计，将碳化硅15～36份、二氧化钛4～17份、氧化镧8～22份、亚砜12～26份同时加入球磨机中，研磨至粉末粒径为300～500目；将粉末混合物置于抽真空反应釜中，在压力为－0.7MPa～－0.1MPa、温度为265℃～425℃条件下搅拌反应15～28分钟；加入氧化铝9～16份，并通入氧气，352℃恒温反应12～18分钟，即可制得催化剂载体；
第2步、催化剂胶体制备：按重量份计，将氧化铈26份、碳酸铋17份、二氧化锰14份、硫酸铵13份、浓硝酸36份同时加入反应釜中，搅拌反应38分钟；向其中滴加质量浓度为8.6%的氢氧化钠溶液32份，反应结束后经高速离心分离，用氯化钠溶液洗涤获得催化剂胶体；
第3步、催化剂胶体改性：向第2步中获得的催化剂胶体中加入铂粉6份，搅拌均匀后置于真空干燥机中，在压力为－35MPa，温度为105℃条件下烘干；
第4步、将改性后的催化剂胶体与载体混合，边加热边搅拌，在温度为1050℃中煅烧40分钟，即可制得汽车尾气处理催化剂。
实施例3
一种汽车尾气处理催化剂，由以下步骤制得：
第1步、载体制备：按重量份计，将碳化硅36份、二氧化钛17份、氧化镧22份、亚砜26份同时加入球磨机中，研磨至粉末粒径为500目；将粉末混合物置于抽真空反应釜中，在压力为－0.1MPa、温度为425℃条件下搅拌反应28分钟；加入氧化铝16份，并通入氧气，352℃恒温反应18分钟，即可制得催化剂载体；
第2步、催化剂胶体制备：按重量份计，将氧化铈32份、碳酸铋23份、二氧化锰17份、硫酸铵16份、浓硝酸42份同时加入反应釜中，搅拌反应45分钟；向其中滴加质量浓度为9.2%的氢氧化钠溶液37份，反应结束后经高速离心分离，用氯化钠溶液洗涤获得催化剂胶体；
第3步、催化剂胶体改性：向第2步中获得的催化剂胶体中加入铂粉9份，搅拌均匀后置于真空干燥机中，在压力为－0.2MPa，温度为120℃条件下烘干；
第4步、将改性后的催化剂胶体与载体混合，边加热边搅拌，在温度为1200℃中煅烧50分钟，即可制得汽车尾气处理催化剂。
对照例
与实施例2的区别在于，未对催化剂胶体进行改性，具体步骤如下：
第1步、载体制备：按重量份计，将碳化硅15～36份、二氧化钛4～17份、氧化镧8～22份、亚砜12～26份同时加入球磨机中，研磨至粉末粒径为300～500目；将粉末混合物置于抽真空反应釜中，在压力为－0.7MPa～－0.1MPa、温度为265℃～425℃条件下搅拌反应15～28分钟；加入氧化铝9～16份，并通入氧气，352℃恒温反应12～18分钟，即可制得催化剂载体；
第2步、催化剂胶体制备：按重量份计，将氧化铈26份、碳酸铋17份、二氧化锰14份、硫酸铵13份、浓硝酸36份同时加入反应釜中，搅拌反应38分钟；向其中滴加质量浓度为8.6%的氢氧化钠溶液32份，反应结束后经高速离心分离，用氯化钠溶液洗涤获得催化剂胶体；
第3步、将第2步制得的催化剂胶体与载体混合，边加热边搅拌，在温度为1050℃中煅烧40分钟，即可制得汽车尾气处理催化剂。
实施例4
对实施例1～3和对照例制备获得的汽车尾气处理催化剂进行检测，结果如表1所示。
将实施例1～3与对照例制备获得的汽车尾气处理催化剂用于处理汽车尾气中的NO，转化过程中催化剂的燃烧温度分别为600℃、900℃和1100℃，结果如表2所示。
表1 实施例1～3和对照例制备获得的汽车尾气处理催化剂性能检测
表2 实施例1～3与对照例制备获得的汽车尾气处理催化剂对NO的转化率
Claims (1)
1.一种汽车尾气处理催化剂的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
第1步、载体制备：按重量份计，将碳化硅15～36份、二氧化钛4～17份、氧化镧8～22份、亚砜12～26份同时加入球磨机中，研磨至粉末粒径为300～500目；将粉末混合物置于抽真空反应釜中，在压力为－0.7MPa～－0.1MPa、温度为265℃～425℃条件下搅拌反应15～28分钟；加入氧化铝9～16份，并通入氧气，352℃恒温反应12～18分钟，即可制得催化剂载体；
第2步、催化剂胶体制备：按重量份计，将氧化铈26份、碳酸铋17份、二氧化锰14份、硫酸铵13份、浓硝酸36份同时加入反应釜中，搅拌反应38分钟；向其中滴加质量浓度为8.6%的氢氧化钠溶液32份，反应结束后经高速离心分离，用氯化钠溶液洗涤获得催化剂胶体；
第3步、催化剂胶体改性：向第2步中获得的催化剂胶体中加入铂粉6份，搅拌均匀后置于真空干燥机中，在压力为－35MPa，温度为105℃条件下烘干；
第4步、将改性后的催化剂胶体与载体混合，边加热边搅拌，在温度为1050℃中煅烧40分钟，即可制得汽车尾气处理催化剂。
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