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CN103816886B - 一种大比表面稀土储氧材料的制备方法 - Google Patents

一种大比表面稀土储氧材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大比表面稀土储氧材料的制备方法,它包括以下步骤:将硝酸氧锆、硝酸铈、硝酸镧、硝酸镨分别加入到对应的阴离子水中,在搅拌釜中搅拌溶解;将上步骤中硝酸盐完全溶解后,将其倒入另一个搅拌釜中混合搅拌;在搅拌过程中加入硝酸铝,使得其在搅拌状态下程分散均匀状;加入双氧水搅拌,接着加入表面活性剂,同时加入氨盐调节PH值;陈化沉淀;抽滤上述合成材料为饼状;饼状合成材料装入容器,放入高温炉中焙烧;焙烧完成后粉碎;其中干粉总量为硝酸铝、硝酸铈、硝酸氧锆、硝酸镧、硝酸镨的重量总和。该制备方法制备出来的稀土储氧材料具有比表面积大、耐老化,使用方便。

Description

一种大比表面稀土储氧材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种稀土储氧材料的制备方法,具体是一种大比表面稀土储氧材料的制备方法。
背景技术
为减少汽车尾气对大气的污染,必须从提高汽油品质、改善发动机燃烧状态和提高尾气净化催化效率三个方面进行突破。到目前为止,使用汽车尾气净化催化剂的最有效途径就是通过三元催化器将尾气中HC、CO和NOx等有毒气体通过氧化和还原作用转变为无害的的二氧化碳、水和氮气。而储氧材料是三元催化转化装置中的重要组成部分,它在尾气净化过程中起到调节气氛的作用,当气氛处于贫燃状态时,储氧材料放出氧气,当气氛处于富燃状态时,储氧材料将吸收多余的氧气,使有HC、CO和NOx得到有效的转化。因此,储氧材料的储氧性能的好坏直接影响尾气的转化效率。
采用现有配方及方法制备出来的储氧材料比表面积小,储氧性能不高,造成高温热稳定性差,其转化效率不高,且需要经常地更换储氧材料。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本发明提供一种大比表面积稀土储氧材料的制备方法,制备的储氧材料具有大比表面积,高热稳定性储氧性能。
为了实现上述目的,本发明的一种大比表面积稀土储氧材料的制备方法,它包括以下步骤:
(a)称量硝酸氧锆,其重量为干粉总量的8%~20%,将硝酸氧锆加入温度为60℃~90℃的阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,其中阴离子水的重量是硝酸氧锆的3~6倍;
(b)称量硝酸铈,其重量为干粉总量的14%~35%,将硝酸铈加入阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,其中阴离子水的重量为硝酸铈的1~3倍;
(c)称量硝酸镧,其重量为干粉总量的3%~5%,将硝酸镧加入阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,其中阴离子水的重量为硝酸镧的1~3倍;
(d)称量硝酸镨,其重量为干粉总量的3%~5%,将硝酸镨加入阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,其中阴离子水的重量为硝酸镨的1~3倍;
(e)将(a)(b)(c)(d)步骤中硝酸盐完全溶解后,将其倒入另一个搅拌釜中混合搅拌,搅拌时间为30~50min;
(f)将(e)步骤中的混合溶液加入到阴离子水中,其中阴离子水的重量为混合溶液的3~6倍,在搅拌过程中加入硝酸铝,硝酸铝的重量为干粉总量的40%~80%,搅拌转速为150转/分钟,搅拌时间为30~50min,加入重量为硝酸铈总量的1.2%~2.7%双氧水搅拌,搅拌时间为30~50min,接着重量为干粉总量的5%~8%加入表面活性剂,使得该混合溶液搅拌混合均匀,并将该混合溶液移至反应合成釜中;
(g)加入氨水,生产沉淀物,调节pH值,控制pH值为8~10;
(h)陈化沉淀,沉淀时间为3~7h;
(i)使用压力机抽滤,抽滤压力为0.4~0.7MPa,将上述合成材料抽滤形成饼状,抽滤过程中重复洗涤合成材料;
(j)饼状合成材料装入容器,放入高温炉中在600℃~700℃下焙烧3~6h;
(k)焙烧完成后粉碎,其D50不大于5μm;2.5μm~20μm;
其中干粉总量为硝酸铝、硝酸铈、硝酸氧锆、硝酸镧、硝酸镨的重量总和。
优选,所述(a)(b)(c)(d)步骤中的搅拌釜转速为100转/分钟~250转/分钟。
优选,所述表面活性剂为纤维素。
优选,所述D50为2.5μm~5μm。
与现有技术相比,在完全溶解的四种硝酸盐溶液中加入硝酸铝,使得粉碎后颗粒比表面积增大,在焙烧后以三氧化铝的形式存在;在胶状体的溶液中加入双氧水主要起到活性剂的作用,增大稀土材料的储氧能力;间隔一定时间后加入表面活性剂,该表面活性剂为非离子合成导模剂,使得稀土离子均匀分布,提高了稀土储氧材料的耐老化性能,提高了高温热稳定性能,汽车尾气转化率提高;焙烧后将稀土储氧材料粉粹,需要使用时,仅需将粉粹的粒子与其他活性组分和水混合,调节pH值和粘稠度,直接涂覆即可,使用方便。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1:
本发明的一种大比表面积稀土储氧材料的制备方法,它包括以下步骤:
(a)称量硝酸氧锆,其重量为干粉总量的16.5%,将硝酸氧锆加入温度为85℃的阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,搅拌釜的转速为100转/分钟,其中阴离子水的重量是硝酸氧锆的5倍;
(b)称量硝酸铈,其重量为干粉总量的30%,将硝酸铈加入阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,搅拌釜的转速为150转/分钟,其中阴离子水的重量为硝酸铈的3倍;
(c)称量硝酸镧,其重量为干粉总量的4.3%,将硝酸镧加入阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,搅拌釜的转速为100转/分钟,其中阴离子水的重量为硝酸镧的3倍;
(d)称量硝酸镨,其重量为干粉总量的3.2%,将硝酸镨加入阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,搅拌釜的转速为100转/分钟,其中阴离子水的重量为硝酸镨的2倍;
(e)将(a)(b)(c)(d)步骤中硝酸盐完全溶解后,将其倒入另一个搅拌釜中混合搅拌,搅拌时间为40min;
(f)将(e)步骤中的混合溶液加入到阴离子水中,其中阴离子水的重量为混合溶液的3倍,在搅拌过程中加入硝酸铝,硝酸铝的重量为干粉总量的46%,搅拌转速为150转/分钟,搅拌时间为30~50min,加入硝酸铈总量的1.2%双氧水搅拌,搅拌时间为35分钟,接着加入重量为干粉总量5%纤维素,使得该混合溶液搅拌混合均匀,并将该混合溶液移至反应合成釜中;
(g)加入氨水调节pH值,控制pH值为8;
(h)陈化沉淀,沉淀时间为5h;
(i)使用压力机抽滤,抽滤压力为0.4~0.7MPa,将上述合成材料抽滤形成饼状,抽滤过程中重复洗涤合成材料;
(j)饼状合成材料装入容器,放入高温炉中在600℃下焙烧4h;
(k)焙烧完成后粉碎,其D50为3μm;
其中干粉总量为硝酸铝、硝酸铈、硝酸氧锆、硝酸镧、硝酸镨的重量总和。
实施例二:
本发明的一种大比表面积稀土储氧材料的制备方法,它包括以下步骤:
(a)称量硝酸氧锆,其重量为干粉总量的12.4%,将硝酸氧锆加入温度为80℃的阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,其中阴离子水的重量是硝酸氧锆的4倍;
(b)称量硝酸铈,其重量为干粉总量的20%,将硝酸铈加入阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,其中阴离子水的重量为硝酸铈的2倍;
(c)称量硝酸镧,其重量为干粉总量的4.5%,将硝酸镧加入阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,其中阴离子水的重量为硝酸镧的3倍;
(d)称量硝酸镨,其重量为干粉总量的3.1%,将硝酸镨加入阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,其中阴离子水的重量为硝酸镨的2倍;
(e)将(a)(b)(c)(d)步骤中硝酸盐完全溶解后,将其倒入另一个搅拌釜中混合搅拌,搅拌时间为40min;
(f)将(e)步骤中的混合溶液加入到阴离子水中,其中阴离子水的重量为混合溶液的3倍,在搅拌过程中加入硝酸铝,硝酸铝的重量为干粉总量的60%,搅拌转速为150转/分钟,搅拌时间为45分钟,加入硝酸铈总量的2.0%双氧水搅拌,搅拌时间为35分钟,接着加入重量为干粉总量6.5%的纤维素,使得该混合溶液搅拌混合均匀,并将该混合溶液移至反应合成釜中,使得该混合溶液搅拌混合均匀,并将该混合溶液移至反应合成釜中;
(g)加入氨水调节pH值,控制pH值为9;
(h)陈化沉淀,沉淀时间为6h;
(i)使用压力机抽滤,抽滤压力为0.4~0.7MPa,将上述合成材料抽滤形成饼状,抽滤过程中重复洗涤合成材料;
(j)饼状合成材料装入容器,放入高温炉中在650℃下焙烧3.5h;
(k)焙烧完成后粉碎,其D50为4μm;
其中干粉总量为硝酸铝、硝酸铈、硝酸氧锆、硝酸镧、硝酸镨的重量总和。
实施例三:
本发明的一种大比表面积稀土储氧材料的制备方法,它包括以下步骤:
(a)称量硝酸氧锆,其重量为干粉总量的7.7%,将硝酸氧锆加入温度为70℃的阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,其中阴离子水的重量是硝酸氧锆的4倍;
(b)称量硝酸铈,其重量为干粉总量的15%,将硝酸铈加入阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,其中阴离子水的重量为硝酸铈的2倍;
(c)称量硝酸镧,其重量为干粉总量的4.3%,将硝酸镧加入阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,其中阴离子水的重量为硝酸镧的3倍;
(d)称量硝酸镨,其重量为干粉总量的3%,将硝酸镨加入阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,其中阴离子水的重量为硝酸镨的3倍;
(e)将(a)(b)(c)(d)步骤中硝酸盐完全溶解后,将其倒入另一个搅拌釜中混合搅拌,搅拌时间为30~50min;
(f)将(e)步骤中的混合溶液加入到阴离子水中,其中阴离子水的重量为混合溶液的3倍,在搅拌过程中加入硝酸铝,硝酸铝的重量为干粉总量的70%,搅拌转速为150转/分钟,搅拌时间为50min,加入硝酸铈总量的2.7%双氧水搅拌,搅拌时间为35min,接着加入重量为干粉总量8%的纤维素,使得该混合溶液搅拌混合均匀,并将该混合溶液移至反应合成釜中;
(g)加入氨水调节pH值,控制pH值为10;
(h)陈化沉淀,沉淀时间为6h;
(i)使用压力机抽滤,抽滤压力为0.4~0.7MPa,将上述合成材料抽滤形成饼状,抽滤过程中重复洗涤合成材料;
(j)饼状合成材料装入容器,放入高温炉中在700℃下焙烧3h;
(k)焙烧完成后粉碎,其D50为3μm;
其中干粉总量为硝酸铝、硝酸铈、硝酸氧锆、硝酸镧、硝酸镨的重量总和。
对上述三个实施例中稀土储氧材料的性能进行了测试,具体如下表:
现有的稀土储氧材料,新鲜样品比表面积约为120m2/g,1000℃4h老化后比表面积约60m2/g,新鲜储氧量为400~500μmol/g,1000℃4h老化后储氧量为60~120μmol/g,上述实施例的稀土储氧材料与现有的材料相比,比表面积大,耐热老化。

Claims (3)

1.一种大比表面积稀土储氧材料的制备方法,其特征在于,它包括如下步骤:
(a)称量硝酸氧锆,其重量为干粉总量的8%~20%,将硝酸氧锆加入温度为60℃~90℃的阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,其中阴离子水的重量是硝酸氧锆的3~6倍;
(b)称量硝酸铈,其重量为干粉总量的14%~35%,将硝酸铈加入阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,其中阴离子水的重量为硝酸铈的1~3倍;
(c)称量硝酸镧,其重量为干粉总量的1%~3%,将硝酸镧加入阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,其中阴离子水的重量为硝酸镧的1~3倍;
(d)称量硝酸镨,其重量为干粉总量的3%~5%,将硝酸镨加入阴离子水中,在搅拌釜搅拌溶解,其中阴离子水的重量为硝酸镨的1~3倍;
(e)将(a)(b)(c)(d)步骤中硝酸盐完全溶解后,将其倒入另一个搅拌釜中混合搅拌,搅拌时间为30~50min;
(f)将(e)步骤中的混合溶液加入到阴离子水中,其中阴离子水的重量为混合溶液的3~6倍,在搅拌过程中加入硝酸铝,硝酸铝的重量为干粉总量的50%~80%,搅拌转速为100~250转/分钟,搅拌时间为30~50min,加入重量为硝酸铈总量的1.2%~2.7%双氧水搅拌,搅拌时间为30~50min,接着加入重量为干粉总量的5%~8%纤维素,使得该混合溶液搅拌混合均匀,并将该混合溶液移至反应合成釜中;
(g)加入氨水调节pH值,控制pH值为8~10;
(h)陈化沉淀,沉淀时间为3~7h;
(i)使用压力机抽滤,抽滤压力为0.4~0.7MPa,将上述合成材料抽滤形成饼状,抽滤过程中重复洗涤合成材料;
(j)饼状合成材料装入容器,放入高温炉中在600℃~700℃下焙烧3~6h;
(k)焙烧完成后粉碎,其D50不大于5μm;
其中干粉总量为硝酸铝、硝酸铈、硝酸氧锆、硝酸镧、硝酸镨的重量总和。
2.根据权利要求1所述的一种大比表面积稀土储氧材料的制备方法,其特征在于,所述(a)(b)(c)(d)步骤中的搅拌釜转速为100转/分钟~250转/分钟。
3.根据权利要求1所述的一种大比表面积稀土储氧材料的制备方法,其特征在于,所述D50为2.5μm~5μm。
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