专利名称：一种镁铝复合氧化物负载钯的三效催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种三效催化剂，具体地说是一种以镁铝复合氧化物负载钯的汽车排气净化三效催化剂。
本发明还涉及上述催化剂的制备方法。
背景技术：
目前，汽车排气污染已成为城市环境的重要污染源，三效催化剂被广泛认为是目前控制汽车尾气污染最有效的手段。国内外有关专利很多，例如JP 57184440(1982)，US 4450684(1984)，EP734757(1996)，WO 0147634(2001)，US 6625976(2003)等。目前用得最多的三效催化剂载体是加入了铈锆复合氧化物作为助剂的三氧化二铝。但是以往公布的三效催化剂的制造方法，例如CN1241988A、CN1449863A、CN1387943A等，存在操作时间长、工序繁琐或产品比表面积小的问题。水滑石衍生的复合氧化物催化剂活性组分可达到分子级的高度分散，拥有丰富的催化活性位及比表面积，良好的酸碱和氧化还原协同效应，以及优良的结构稳定性和水热稳定性，因而成为目前广泛的研究对象，其在催化燃烧、甲烷部分氧化制成合成气、固体酸碱化等环境催化反应中表现出优异的性能。随着世界范围内的汽车排放法规日益严格，和对成本控制越来越高的要求，水滑石衍生的镁铝复合氧化物作为三效催化剂载体具有良好的实用价值及发展前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水滑石衍生的镁铝复合氧化物三效催化剂及其制备方法。本发明提供的制备方法具有简单易行，制备的催化剂比表面积大的特点。
本发明提供制备上述三效催化剂的方法，其主要步骤如下a)配制可溶性镁盐和铝盐的混合溶液，其中盐溶液的总浓度控制在1mol/L～5mol/L；b)配制碳酸钠和氢氧化钠的混合溶液，其中盐溶液的总浓度控制在1mol/L～5mol/L；c)将步骤a和步骤b得到的溶液于60～90℃水浴中在搅拌下同时缓慢滴加(滴加速率为50～100ml/h)；滴加完毕后，在此温度下搅拌1～2h，然后在室温下静置24～48h；d)将步骤c得到的产物洗涤、抽滤，将其转移至烘箱，先在60～90℃下干燥1～5h，然后在100～150℃下干燥5～8h；e)将步骤d得到的产物于400～600℃下通空气焙烧3～h，形成所需复合氧化物载体；f)配制0.01～0.05mol/L硝酸钯或氯化钯溶液，并调节pH值为2～4；g)将步骤e得到的产物作为载体材料浸渍在配制好的硝酸钯或氯化钯溶液中12～24h，钯与载体材料的质量比为0.5～1.5％；h)步骤g得到的产物在60～90℃下烘干1～5h，100～120℃下继续烘干5～8h；i)步骤e或步骤g得到的产物经400℃～600℃焙烧2h后于5％(v/v)H2/N2中350～400℃还原2h，得到三效催化剂。
本发明中水滑石前体是具有层状纳米结构的阴离子粘土材料，层间阴离子补偿层结构中阳离子取代造成的过剩正电荷，从而保持活性组分的高度均匀分散，因而提高了材料的稳定性和催化性能。
图1为实施例1-3所示镁铝水滑石的XRD图谱；图2为实施例1制得的催化剂的起燃特性曲线。
具体实施例方式
实施例1称取Mg(NO3)2·6H2O 19.23g和Al(NO3)3·9H2O 9.38g溶于100ml去离子水中，得到溶液1。另称取Na2CO35.30g，NaOH6.00g溶于100ml去离子水中，得到溶液2。将溶液1和溶液2分别转入分液漏斗中，安装在三颈烧瓶的两个口上。在三颈烧瓶中预先放入100ml去离子水，水浴加热保持在60℃。然后调整装又溶液1和溶液2的滴液漏斗，同时逐滴加入溶液1和溶液2，60℃下强力搅拌2小时，然后停止搅拌，室温下静置陈化24小时。用布氏漏斗抽滤得到的沉淀，并用去离子水洗涤至滤液pH值为7。将得到的固体转移至将其转移至烘箱，先在90℃下干燥5h，然后在120℃下干燥8h。得到的固体泡沫于马弗炉中450℃焙烧5小时，将其作为催化剂载体负载Pd。配制Pd浓度为0.02mol/l的溶液，此水溶液的pH＝2，浸渍到上述所得载体上，然后在120℃烘干5h，转入马弗炉450℃焙烧5h，最后在10％(v/v)H2/N2中400℃还原2h，得到负载钯的镁铝复合氧化物催化剂。该催化剂的起燃活性特性见表1。
催化剂活性评价实验是在实验室汽车三效催化剂计算机模拟评价系统上进行的。评价装置由配气单元、催化反应单元、在线分析单元、数据采集及微机控制单元组成。模拟混和气各气体组成为1.03％O2，1.5％CO，0.07％C3H6，0.07％NO，和9％CO2，N2为平衡气，反应气流量3000ml/min。
实施例2与实施例1不同之处在于，相应地原料称取量分别为Mg(NO3)2·6H2O 17.18g，Al(NO3)3·9H2O 12.38g，其余步骤同实施例1。该催化剂的起燃活性特性见表1。
实施例3与实施例1不同之处在于，同时滴加溶液1和溶液2时，水浴温度为90℃，其余步骤同实施例1。该催化剂的起燃活性特性见表1。
表1催化剂起燃活性数据
注T50与T90分别表示污染物转化50％和90％的温度。
权利要求
1.一种镁铝复合氧化物为载体的三效催化剂及其制备方法，其特征在于取化学计量比的镁和铝的可溶性盐配制成溶液，并按比例配制碳酸钠和氢氧化钠混合溶液，在水浴中同时缓慢滴加，搅拌直至沉淀完全，陈化、抽滤、洗涤、干燥，得到镁铝水滑石；将镁铝水滑石通空气焙烧，形成所需的镁铝复合氧化物；将该镁铝复合氧化物浸渍钯盐溶液，经干燥、焙烧、还原，得到目标催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性金属盐原料为硝酸盐或醋酸盐，其总浓度为1.0mol/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性金属盐溶液中各金属元素的物质的量浓度比例为Mg∶Al为1～3∶1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳酸钠和氢氧化钠溶液的总物质的量浓度应控制在1mol/L～5mol/L，其中碳酸钠和氢氧化钠的摩尔比为1∶2～3。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述缓慢滴加，其速率为50～100ml/h，搅拌的速度为40～60r/min，温度为60～90℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述陈化过程的条件为滴加完毕后，先搅拌1～2h，然后在室温下静置24～48h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤过程应用去离子水洗至滤液pH＝7。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥过程为先在60～90℃下干燥1～5h，然后在100～150℃下干燥5～8h；所述焙烧过程为在温度400～600℃下通空气焙烧3～8h。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钯盐溶液的浓度为0.01～0.05mol/L；pH值为2～4；其中钯的负载量占催化剂整体重量的0.5～1.5％。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原过程为在350～400℃通入N2/H2混和气，还原时间为1～4h，其中H2占混和气体积的5.0％。
全文摘要
本发明提供了一种镁铝复合氧化物负载钯的三效催化剂及其制备方法。该三效催化剂载体以镁铝水滑石为前驱物，经焙烧制成复合氧化物，得到三效催化剂载体；将制得的载体浸渍贵金属钯盐溶液后，焙烧和还原制得三效催化剂。利用本发明技术制备的三效催化剂具有大比表面积和较好的活性。本发明的优点还在于原料廉价易得，制作工艺简单易行。
文档编号B01J21/00GK1990109SQ20051013558
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月30日 优先权日2005年12月30日
发明者韩芸, 田群, 陈宏德 申请人:中国科学院生态环境研究中心