CN101940921A - 一种双层结构储氧材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层结构储氧材料及其制备方法，它由铈锆固溶体和大比表面γ-Al₂O₃复合而成，其通式为Re_xCe_yZr_1-x-yO₂-Al₂O₃；其制备方法的步骤：①取硝酸镧溶液、硝酸铈溶液、硝酸钇及硝酸锆溶液，置入容器内加入氨水进行沉淀得到沉淀物；②在步骤①的沉淀物中加入氧化铈质量的工业双氧水，得到铈锆前驱化合物Re_xCe_yZr_1-x-y(OH)₂；③将RexCeyZr₁-x-yO₂与γ-Al₂O₃质量比1∶1混合、搅拌均匀得到混合物；④步骤③中的混合物灼烧，铈锆前驱化合物Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂分解为Re_xCe_yZr₁-x-yO₂，进行气流粉碎获得双层结构的粉体储氧材料，由于本发明采用的表面活性剂能在离子之间形成界面膜，阻止离子之间发生大的团聚现象，使铈锆固溶体中的大孔相对增多，从而提高了储氧材料的抗老化性能。

Description

一种双层结构储氧材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及汽车尾气净化剂，是一种双层结构储氧材料及其制备方法。

背景技术

由于汽车尾气严重污染大气，故本领域技术人员在如何净化汽车尾气方面提出了较多技术方案。目前，使用较多的汽车尾气净化催化剂主要是以铈锆固溶体为储氧材料，但是，它存在下述缺陷，由于铈锆固溶体中CeO₂在高温时易烧结，颗粒长大，比表面积减小，进而降低Ce⁴⁺/Ce³⁺氧化还原性能，使催化剂净化汽车尾气功能降低。为此，本领域采用γ-Al₂O₃解决这种缺陷，然而使用结果发现，虽然γ-Al₂O₃具有较大的比表面积，能使铈锆固溶体和催化剂活性成份高度分散在其表面，提高净化效率，但是，由于γ-Al₂O₃与铈锆固溶体物理的混合，经过球磨再经储氧材料与铂、锆、钯等活性成份共同浸渍在蜂窝状载体表面，用这种方法及组份制备的储氧材料在1000℃以上，仍会使涂层材料发生烧结，造成多孔氧化物孔道坍塌，使比表面积减少，从而导致储放氧能力减弱，并使分散在其表面的贵金属被填入坍塌的孔道内，进而降低催化能力。

发明内容

本发明的目的是，提供一种双层结构储氧材料及其制备方法，以解决已有技术存在的不足，进一步提高催化剂的净化能力。

本发明为实现上述目的通过以下技术方案实现：一种双层结构储氧材料，它由铈锆固溶体和大比表面γ-Al₂O₃复合而成，其通式为：

Re_xCe_yZr₁-x-yO₂-Al₂O₃，其中x为0-0.2，y为0.2-0.8。

本发明的一种双层结构储氧材料的制备方法，包括以下步骤：

①取硝酸镧溶液、硝酸铈溶液、硝酸钇及硝酸锆溶液，按其氧化物质量比5-10∶20-60∶5-7∶30-70比例混合，置入容器内充分搅拌均匀后，加入浓度为2-10mol/L的氨水，进行沉淀至溶液PH＞8.5-10为止，得到沉淀物；

②在步骤①的沉淀物中加入氧化铈质量的50％的工业双氧水，使Ce³⁺氧化成Ce⁴⁺，得到铈锆前驱化合物Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂；

③将Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂按RexCeyZr₁-x-yO₂与γ-Al₂O₃质量比1∶1混合，混合后搅拌均匀得到混合物；

④步骤③中的混合物在55℃-85℃去离子水中洗涤、过滤后，再加入表面活性剂，表面活性剂的加入量为稀土的硝酸盐和氧化锆总质量的10-50％，打浆后，在80-200℃下烘干，然后在500-800℃下灼烧，铈锆前驱化合物Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂分解为Re_xCe_yZr₁-x-yO₂，最后进行气流粉碎，获得双层结构的粉体储氧材料。

步骤④中所述的表面活性剂是季戊四醇聚氧乙烯醚，聚酯氧化乙烯或丁醚的任一种。

步骤①所述硝酸镧溶液、硝酸铈溶液、硝酸钇及硝酸锆溶液的氧化物质量比为5∶20∶5∶70。

本发明的优点在于：将储氧材料制成双层结构，使铈锆固溶体高度均匀的分散在大比表面积γ-Al₂O₃的表面，使分散在表面的活性成份的催化活性位增多，大幅度提高了高温条件下铈锆固溶体的稳定性，本发明储氧材料在1000℃-1100℃下，比表面积减少的幅度大幅降低，大幅度提高了净化功能。

由于本发明采用的表面活性剂，能在离子之间形成界面膜，阻止离子之间发生大的团聚现象，并能在灼烧过程中分解时放出更多的热量，使之具有扩孔的作用，使铈锆固溶体中的大孔相对增多，从而提高了储氧材料的抗老化性能。

由于本发明储氧材料的制备方法是通过将稀土改性的γ-Al₂O₃与铈锆沉淀物的溶液混合，能使铈锆固溶体比较均匀分散在γ-Al₂O₃表面，获得了较好的高温稳定性，在1000-1100℃老化6小时测试结果表明：BET比表面积可达49.2-58.47m²/g。

具体实施方式

实施例

本发明为解决已有技术的不足，首先提供了一种双层结构储氧材料，它由铈锆固溶体和大比表面γ-Al₂O₃复合而成，其通式为：

Re_xCe_yZr₁-x-yO₂-Al₂O₃，其中x为0-0.2，y为0.2-0.8。

Re_xCe_yZr₁-x-yO₂与γ-Al₂O₃的质量比为1∶1。

本发明储氧材料的制备方法包括以下步骤：

①取硝酸镧溶液、硝酸铈溶液、硝酸钇及硝酸锆溶液，按其氧化物质量比55-10∶20-60∶5-7∶30-70比例混合，置入容器内充分搅拌均匀后，加入浓度为2-10mol/L的氨水，进行沉淀至溶液PH＞8.5-10为止，得到沉淀物；

②在步骤①的沉淀物中加入氧化铈质量的50％的工业双氧水，使Ce³⁺氧化成Ce⁴⁺，得到铈锆前驱化合物RexCeyZr₁-x-y(OH)₂；

③将RexCeyZr₁-x-y(OH)₂按Re_xCe_yZr₁-x-yO₂与γ-Al₂O₃质量比1∶1混合，混合后搅拌均匀得到混合物；

④步骤③中的混合物在55℃-85℃去离子水中洗涤、过滤后，再加入表面活性剂，表面活性剂的加入量为稀土的硝酸盐和氧化锆总质量的10-50％，打浆后，在80-200℃下烘干，然后在500-800℃下灼烧，铈锆前驱化合物Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂分解为Re_xCe_yZr₁-x-yO₂，最后进行气流粉碎，获得双层结构的粉体储氧材料。双层结构的储氧材料化学通式为Re_xCe_yZr₁-x-yO₂-Al₂O₃，双层结构的粉体储氧材料的D50为1.5-4.0um。

步骤④中所述的表面活性剂是季戊四醇聚氧乙烯醚，聚酯氧化乙烯或丁醚的任一种。

步骤①所述硝酸镧溶液、硝酸铈溶液、硝酸钇及硝酸锆溶液的氧化物质量比可以是5∶20∶5∶70，这是一种相对优选的方案。

上述方法的步骤①中的硝酸镧溶液、硝酸铈溶液及硝酸锆溶液的浓度一般为100-350g/L。步骤③中的γ-Al₂O₃是稀土改性的γ-Al₂O₃。

步骤①中的硝酸钇可以采用硝酸镨或硝酸钕替代。

步骤②中加入的工业双氧水是氧化铈质量的50％，即氧化铈为100，工业双氧水为50。

本发明储氧材料可以用以下方法制取：

1、一种双层结构储氧材料的制备方法，其具体步骤为：

①取硝酸镧溶液、硝酸铈溶液、硝酸钇及硝酸锆溶液，按其氧化物质量比5∶30∶5∶60比例混合，置入容器内充分搅拌均匀后，加入浓度为4mol/L的氨水，进行沉淀至溶液PH＝8.5为止，得到沉淀物；

②在步骤①的沉淀物中加入氧化铈质量的50％的工业双氧水，使Ce³⁺氧化成Ce⁴⁺，得到铈锆前驱化合物Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂；

③将Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂按Re_xCe_yZr₁-x-yO₂与γ-Al₂O₃质量比1∶1混合，γ-Al₂O₃是稀土改性的γ-Al₂O₃，混合后搅拌均匀得到混合物；

④步骤③中的混合物在55℃去离子水中洗涤、过滤后，再加入季戊四醇聚氧乙烯醚，季戊四醇聚氧乙烯醚的加入量为稀土的硝酸盐和氧化锆总质量的10％，打浆后，在80℃下烘干，然后在500℃下灼烧，铈锆前驱化合物Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂分解为Re_xCe_yZr₁-x-yO₂，最后进行气流粉碎，获得双层结构的粉体储氧材料，其化学通式为：Re_xCe_yZr₁-x-yO₂-Al₂O₃，粉体双层结构的储氧材料D50为1.5-4.0um，该层结构的粉体储氧材料在1000℃下老化6小时，BET比表面积为52.13m²/g。

2、一种双层结构储氧材料的制备方法，其具体步骤为：

①取硝酸镧溶液、硝酸铈溶液、硝酸钇及硝酸锆溶液，按其氧化物质量比10∶53∶7∶30比例混合，置入容器内充分搅拌均匀后，加入浓度为2mol/L的氨水，进行沉淀至溶液PH＝9为止，得到沉淀物；

②在步骤①的沉淀物中加入氧化铈质量的50％的工业双氧水，使Ce³⁺氧化成Ce⁴⁺，得到铈锆前驱化合物Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂；

③将Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂按Re_xCe_yZr₁-x-yO₂与γ-Al₂O₃质量比1∶1混合，γ-Al₂O₃是稀土改性的γ-Al₂O₃，混合后搅拌均匀得到混合物；

④步骤③中的混合物在85℃去离子水中洗涤、过滤后，再加入聚酯氧化乙烯，聚酯氧化乙烯的加入量为稀土的硝酸盐和氧化锆总质量的40％，打浆后，在100℃下烘干，然后在800℃下灼烧，铈锆前驱化合物Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂分解为Re_xCe_yZr₁-x-yO₂，最后进行气流粉碎，获得双层结构的粉体储氧材料，其化学通式为：Re_xCe_yZr₁-x-yO₂-Al₂O₃，双层结构的粉体储氧材料D50为1.5-4.0um，该粉体材料在1100℃下老化6小时，BET比表面积为55.36m²/g。

3、一种双层结构储氧材料的制备方法，其具体步骤为：

①取硝酸镧溶液、硝酸铈溶液、硝酸镨及硝酸锆溶液，按其氧化物质量比5∶60∶5∶30比例混合，置入容器内充分搅拌均匀后，加入浓度为10mol/L的氨水，进行沉淀至溶液PH＝10为止，得到沉淀物；

②在步骤①的沉淀物中加入氧化铈质量的50％的工业双氧水，使Ce³⁺氧化成Ce⁴⁺，得到铈锆前驱化合物Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂；

③将Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂按Re_xCe_yZr₁-x-yO₂与γ-Al₂O₃质量比1∶1混合，γ-Al₂O₃是稀土改性的γ-Al₂O₃，混合后搅拌均匀得到混合物；

④步骤③中的混合物在70℃去离子水中洗涤、过滤后，再加入丁醚，丁醚的加入量为稀土的硝酸盐和氧化锆总质量的50％，打浆后，在200℃下烘干，然后在700℃下灼烧，铈锆前驱化合物Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂分解为Re_xCe_yZr₁-x-yO₂，最后进行气流粉碎，获得双层结构的粉体储氧材料，其化学通式为：Re_xCe_yZr₁-x-yO₂-Al₂O₃，双层结构的粉体储氧材料D50为1.5-4.0um，该粉体材料在1100℃下老化6小时，BET比表面积为49.2m²/g。

4、一种双层结构储氧材料的制备方法，其具体步骤为：

①取硝酸镧溶液、硝酸铈溶液、硝酸钇及硝酸锆溶液，按其氧化物质量比5∶20∶5∶70比例混合，置入容器内充分搅拌均匀后，加入浓度为7mol/L的氨水，进行沉淀至溶液PH＝8.5为止，得到沉淀物；

②在步骤①的沉淀物中加入氧化铈质量的50％的工业双氧水，使Ce³⁺氧化成Ce⁴⁺，得到铈锆前驱化合物Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂；

③将Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂按Re_xCe_yZr₁-x-yO₂与γ-Al₂O₃质量比1∶1混合，γ-Al₂O₃是稀土改性的γ-Al₂O₃，混合后搅拌均匀得到混合物；

④步骤③中的混合物在60℃去离子水中洗涤、过滤后，再加入聚酯氧化乙烯和丁醚两种表面活性剂按1∶1混合，聚酯氧化乙烯和丁醚的加入量为稀土的硝酸盐和氧化锆总质量的30％，打浆后，在180℃下烘干，然后在600℃下灼烧，铈锆前驱化合物Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂分解为Re_xCe_yZr₁-x-yO₂，最后进行气流粉碎，获得双层结构的粉体储氧材料，其化学通式为：Re_xCe_yZr₁-x-yO₂-Al₂O₃，双层结构的粉体储氧材料D50为1.5-4.0um，该粉体材料在1000℃下老化6小时，BET比表面积为58.47m²/g。

用本发明方法获得的Re_xCe_yZr₁-x-yO₂-Al₂O₃，其中x为0-0.2，y为0.2-0.8。

Claims (4)

1.一种双层结构储氧材料，其特征在于：它由铈锆固溶体和大比表面γ-Al₂O₃复合而成，其通式为：

Re_xCe_yZr₁-x-yO₂-Al₂O₃，其中x为0-0.2，y为0.2-0.8。

2.权利要求1所述的一种双层结构储氧材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

①取硝酸镧溶液、硝酸铈溶液、硝酸钇及硝酸锆溶液，按其氧化物质量比5-10∶20-60∶5-7∶30-70比例混合，置入容器内充分搅拌均匀后，加入浓度为2-10mol/L的氨水，进行沉淀至溶液PH＞8.5-10为止，得到沉淀物；

②在步骤①的沉淀物中加入氧化铈质量的50％的工业双氧水，使Ce³⁺氧化成Ce⁴⁺，得到铈锆前驱化合物Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂；

③将Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂按RexCeyZr₁-x-yO₂与γ-Al₂O₃质量比1∶1混合，混合后搅拌均匀得到混合物；

④步骤③中的混合物在55℃-85℃去离子水中洗涤、过滤后，再加入表面活性剂，表面活性剂的加入量为稀土的硝酸盐和氧化锆总质量的10-50％，打浆后，在80-200℃下烘干，然后在500-800℃下灼烧，铈锆前驱化合物Re_xCe_yZr₁-x-y(OH)₂分解为Re_xCe_yZr₁-x-yO₂，最后进行气流粉碎，获得双层结构的粉体储氧材料。

3.根据权利要求2所述的一种双层结构储氧材料的制备方法，其特征在于：步骤④中所述的表面活性剂是季戊四醇聚氧乙烯醚，聚酯氧化乙烯或丁醚的任一种。

4.根据权利要求2所述的一种双层结构储氧材料的制备方法，其特征在于：步骤①所述硝酸镧溶液、硝酸铈溶液、硝酸钇及硝酸锆溶液的氧化物质量比为5∶20∶5∶70。