Ag/Ce基氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂及其制备方法与流程

本发明属于催化材料技术领域，具体涉及一种ag/ce基氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂及其制备方法。

背景技术：

与汽油车相比，柴油车具有良好的动力性、经济性、耐久性和二氧化碳排放量低等优点，使其近年来得到了快速发展和广泛应用。但柴油机尾气中含有的大量碳烟(soot)对环境和人体的危害极大，是造成环境污染和危害人体健康的主要污染物之一。

减少碳烟颗粒物污染最直接的后处理方法，就是通过颗粒捕获器dpf（dieselparticulatefilter）将颗粒物捕获收集，被认为是最有前途的柴油机尾气处理技术。由于碳烟颗粒的热分解温度高达875k，柴油车的排气温度为450-675k，不足以完全氧化碳烟颗粒，碳烟颗粒随着时间增加不断地在dpf载体上沉积，会造成排气阻力增加，导致发动机动力性、经济性恶化。dpf的安全、彻底再生是柴油机性能和排放的重要保障。在dpf表面负载碳烟催化剂来降低碳烟的燃烧温度，实现dpf的被动再生。目前催化剂大部分需要在no2辅助下进行，迫切需要开发无需no2辅助的氧气催化燃烧碳烟颗粒的催化剂。

影响催化再生的关键因素包括催化剂本身的氧化还原特性、催化剂与碳烟的接触能力、催化剂的稳定性等。萤石结构的铈基氧化物在中低温（300-500°c）下具有较高的氧离子导电性，能够提供晶格氧作为活性氧种来氧化碳烟，并利用储放氧特性从空气中补充氧，成为近年来研究的热点。专利公开号cn101024182a公布了一种铜铈碳烟催化剂，这种催化剂与碳烟紧密结合时，碳烟最高燃烧速度时的温度约为330°c，但当催化剂与碳烟松散接触时，碳烟最高燃烧速度时的温度提高到520°c。这说明铈基催化剂只有和碳烟紧密接触才具有高的催化活性。同时，铈基催化剂稳定性较差，例如专利公布号cn104941652a公布了一种铈基催化剂ce0.65-xcoxk0.15zr0.2o2，能够使碳烟的最大燃烧温度从574°c降低到370°c附近，但经过老化处理后最大燃烧温度提高约100°c。

因此非常有必要开发一种稳定性高、在松散接触下具有较高活性的碳烟燃烧催化剂。

技术实现要素：

本发明目的在于克服上述技术缺陷，提供一种稳定性高、在松散接触下具有较高活性的碳烟燃烧催化剂。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种ag/ce基氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂，其特征在于：该催化剂包含ag、萤石型ce基氧化物、硅藻土三种组分，其中ag的摩尔数是铈基氧化物的摩尔数的1%~10%；ag和萤石型铈基氧化物总质量占硅藻土质量的10~50%；铈基氧化物的分子式为axce1-xo2--x/2，a是sm、gd、er中的一种或多种，0.1≤x≤0.3。

本发明的ag/ce基氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包含以下几个步骤：

(1)称取乙酸银、乙酸铈、硅藻土，同时称取少量乙酸钐、乙酸钆或乙酸铒的一种或几种，并加入溶剂进行球磨混合均匀，然后加入草酸继续球磨得到草酸盐与硅藻土混合物前驱体；其中ag的摩尔数是铈基氧化物的摩尔数的1%~10%；ag和萤石型铈基氧化物总质量占硅藻土质量的10~50%；铈基氧化物的分子式为axce1-xo2--x/2，a是sm、gd、er中的一种或多种，0.1≤x≤0.3；

(2)将步骤（1）混合物前驱体在80~120°c烘干，然后在500~800°c煅烧1~10h，得到ag/ce基氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂。

步骤（1）中所述的溶剂为水、乙醇、丙酮，其中溶剂的质量为所有金属乙酸盐、硅藻土总质量的1~3倍。

步骤（1）中所述的草酸摩尔数是所有金属乙酸盐总摩尔数的1.5~3倍。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1）得到的催化剂稳定性高:在本发明中，硅藻土作为载体，ag和铈基氧化物作为活性物质负载在硅藻土表面；硅藻土的结构稳定性高，有效的阻止了ag和铈基氧化物在使用过程中的颗粒长大，从而保证了催化剂的稳定性。2）松散接触下催化活性大幅度提高：现有技术中，铈基催化剂在松散接触下催化活性差，在本发明中，通过ag的加入提高了松散接触下的催化活性。3）制备过程简单，得到的催化剂均匀性好。

附图说明

图1为本发明实施例1的sem照片

图2为本发明实施例1得到的催化剂在松散及紧密接触下燃烧碳烟的效果。图中横坐标为反应温度，纵坐标为碳烟转化率。按照质量比1：4称取两份碳烟和催化剂，其中一份在研钵中研磨20min得到紧密接触样品，另一份通过药勺搅拌20min得到松散接触样品。碳烟燃烧反应条件：称取碳烟与催化剂总质量为25mg；气氛为10%o2，平衡气为n2；气体流速为6l/h；升温速度为10°c/min。

具体实施方式

本发明不局限于下述实施例。

实施例1

ag/sm0.2ce0.8o1.9/硅藻土复合碳烟催化剂的制备

称取1.67g乙酸银、6.55g乙酸钐、43.5g乙酸铈、36.7g的硅藻土，加入177g乙醇作为球磨介质进行球磨混合，乙醇的质量为乙酸盐和硅藻土总质量的2倍；然后加入28g草酸继续球磨得到草酸盐与硅藻土混合物的前驱体，其中草酸摩尔数是乙酸盐总摩尔数的2倍；将混合物在80°c下烘干，600°c下煅烧4h即得到ag/sm0.2ce0.8o1.9/硅藻土复合催化剂，得到的催化剂中，ag和萤石型铈基氧化物总质量占硅藻土质量的50%，ag的摩尔数是铈基氧化物的摩尔数的10%。按照质量比1：4称取两份碳烟和催化剂，其中一份在研钵中研磨20min得到紧密接触样品，另一份通过药勺搅拌20min得到松散接触样品。碳烟燃烧反应条件：称取碳烟与催化剂总质量为25mg；气氛为10%o2，平衡气为n2；气体流速为6l/h；升温速度为10°c/min。结果显示，在松散状态下，碳烟在441°c可以完全燃烧，在紧密状态下400°c可以完全燃烧。而不含有催化剂的碳烟完全燃烧温度需要700°c。催化剂有效地降低了碳烟燃烧温度，在松散状态下有很高的碳烟燃烧催化性能，性能略低于紧密状态。

实施例2

ag/gd0.1ce0.9o1.95/硅藻土复合碳烟催化剂的制备

称取1.34g乙酸银、3.52g乙酸钆、49g乙酸铈、43.3g的硅藻土，加入291g乙醇作为球磨介质进行球磨混合，乙醇的质量为乙酸盐和硅藻土总质量的3倍；然后加入20.4g草酸继续球磨得到草酸盐与硅藻土混合物的前驱体，其中草酸摩尔数是乙酸盐总摩尔数的1.5倍；将混合物在100°c下烘干，500°c下煅烧10h即得到ag/gd0.1ce0.9o1.95/硅藻土复合催化剂，ag和萤石型铈基氧化物总质量占硅藻土质量的40%，ag的摩尔数是铈基氧化物的摩尔数的10%。

实施例3

ag/er0.2ce0.8o1.9/硅藻土复合碳烟催化剂的制备

称取0.17g乙酸银、8.33g乙酸铒、43.5g乙酸铈、59.3g的硅藻土，加入223g乙醇作为球磨介质进行球磨混合，其中乙醇的质量为乙酸盐和硅藻土总质量的2倍；然后加入38.2g草酸继续球磨得到草酸盐与硅藻土混合物的前驱体，其中草酸摩尔数是乙酸盐总摩尔数的3倍；将混合物在80°c下烘干，700°c下煅烧4h即得到ag/er0.2ce0.8o1.9/硅藻土复合催化剂，ag和萤石型铈基氧化物总质量占硅藻土质量的30%，ag的摩尔数是铈基氧化物的摩尔数的1%。

实施例4

ag/sm0.05gd0.05ce0.9o1.95/硅藻土复合碳烟催化剂的制备

称取0.83g乙酸银、1.64g乙酸钐、1.76g乙酸钆、49g乙酸铈、86.4g的硅藻土，加入416g水作为球磨介质进行球磨混合，其中水的质量为乙酸盐和硅藻土总质量的3倍；然后加入26.5g草酸继续球磨得到草酸盐与硅藻土混合物的前驱体，其中草酸摩尔数是乙酸盐总摩尔数的2倍；将混合物在120°c下烘干，800°c下煅烧1h即得到ag/sm0.0.5gd0.05ce0.9o1.95/硅藻土复合催化剂，ag和萤石型铈基氧化物总质量占硅藻土质量的20%，ag的摩尔数是铈基氧化物的摩尔数的5%。

实施例5

ag/sm0.1gd0.1er0.1ce0.9o1.85/硅藻土复合碳烟催化剂的制备

称取1g乙酸银、3.28g乙酸钐、3.52g乙酸钆、4.17g乙酸铒、38.1g乙酸铈、175.2g的硅藻土，加入225g丙酮作为球磨介质进行球磨混合，其中丙酮的质量为乙酸盐和硅藻土总质量相同；然后加入26.7g草酸继续球磨得到草酸盐与硅藻土混合物的前驱体，其中草酸摩尔数是乙酸盐总摩尔数的2倍；将混合物在80°c下烘干，700°c下煅烧5h即得到ag/sm0.1gd0.1er0.1ce0.9o1.85/硅藻土复合催化剂，ag和萤石型铈基氧化物总质量占硅藻土质量的10%，ag的摩尔数是铈基氧化物的摩尔数的6%。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理和构思的前提下，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换也应视为本发明的保护范围。