/SiC碳烟燃烧催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种利用钾钴改性的Ce02-Zr02/SiC碳烟燃烧催化剂。
【背景技术】
[0002] 近年来，柴油发动机因燃油热效高、功率大等优点使其得以广泛使用，然而，其排 放的大量碳烟(PM)能够对环境以及人类身体健康产生严重危害。因此，有效降低柴油机尾 气中碳烟含量势在必行。新型SiC颗粒物捕集器因具有较高的机械性能得以用于捕集柴油 车排气碳烟，通过结合SiC颗粒捕集器和碳烟燃烧催化剂的技术去除柴油机排气碳烟成为 有效的处理手段。
[0003] 铈锆复合氧化物因具有较高的催化碳烟燃烧能力和良好的稳定性受到了广泛关 注。利用低熔点的K盐或者较高氧化还原性能的金属氧化物对铈锆复合氧化物进行掺杂改 性后，可进一步提高体系催化碳烟燃烧活性。但关于负载型催化剂催化性能的研究较少，特 别是在SiC上负载后的研究甚少。故将催化剂在SiC上负载后，并考察其催化性能更能反映 出该催化剂的实际效果，具有现实意义。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是:提供一种利用钾钴改性的Ce02-Zr02/SiC碳烟燃烧催 化剂，以解决现有技术的不足。
[0005] 本发明的技术方案是:一种利用钾钴改性的Ce02-Zr02/SiC碳烟燃烧催化剂，其组 成为 K〇.2C〇().2Ce().4Zn).2〇2/SiC、K().2Ce().6Zn).2〇2/SiC、C〇().2Ce(). 6Zn).2〇2/SiC、C〇().8Zn).2〇2/SiC 或 Ceo.8Zro.2O2/SiC。
[0006] 优选的组成为 K〇.2C〇().2Ce().4Zn).2〇2/SiC。
[0007] -种利用钾钴改性的Ce02-Zr02/SiC碳烟燃烧催化剂的制备方法，将SiC击碎过筛， 选取20-100目SiC碎片洗净待使用；按化学计量比称取所需的硝酸盐和柠檬酸溶于蒸馏水 中；待溶液混匀后于85°C水浴中磁力搅拌，直至形成凝胶，待搅拌混合均匀后将SiC碎片浸 渍于其中12h，取出置于100°C恒温干燥箱中干燥48h后再在600°C条件下焙烧6h，得到负载 的催化剂。
[0008] 本发明的有益效果： (1)采用溶胶凝胶浸渍法在SiC上进行催化剂负载。结果表明，负载后各样品催化碳烟 燃烧能力都出现不同程度降低，其碳烟燃烧时的Tm均上升100 °C左右。其中样品K-Co-Ce-Zr/SiC具有最低Tm及ΔΤ值与最快的催化碳烟燃烧速率，表现出了最好的催化碳烟燃烧活 性。各样品催化活性大小按以下顺序排列:K-C〇-Ce-Zr/SiC>K-Ce-Zr/SiC>C〇-Ce-Zr/SiC >Ce-Zr/SiC>C〇-Zr/SiC〇
[OOO9 ] (2 )钻修饰铺错复合氧化物后能够明显提尚催化剂表面氧的活性，从而提尚催化 剂的催化能力；当催化剂中存在K物种时，主要通过改善碳烟与催化剂的接触状况而有效促 进了碳烟的燃烧。其中催化活性最高的K-Co-Ce-Zr/SiC催化体系，在经过5次循环使用后仍 具有较高的催化碳烟燃烧能力，显示出较好的稳定性。
【附图说明】
[0010]图1为系列负载后催化剂的XRD图谱； 图2为载率为LR2( ?30 %)时各催化剂的TPR图谱； 图3为500 °C时碳烟在催化剂上的等温燃烧曲线(a)， 一K-Co-Ce-Zr/SiC;·-K-Ce-Zr/SiC； A-Co-Ce-Zr/SiC； ?-Co-Zr/SiC； ▼-Ce-Zr/SiC； 图4为催化剂循环使用时碳烟燃烧的TPO曲线（b)，一First use；· 一3nd cycle； ▲-5th cycle〇
【具体实施方式】 [0011]催化剂的制备 将SiC击碎过筛，选取20-100目SiC碎片洗净待使用。按化学计量比称取所需的硝酸盐 和柠檬酸溶于蒸馏水中。待溶液混匀后于85 °C水浴中磁力搅拌，直至形成凝胶，将凝胶于 100 °C恒温干燥箱中干燥48 h后再在600 °C条件下焙烧6 h，得到未负载时的催化剂。按化 学计量比称取所需的硝酸盐和柠檬酸溶于蒸馏水中形成浓溶胶，待搅拌混合均匀后将SiC 碎片浸渍于其中12 h，取出置于100°C恒温干燥箱中干燥48 h后再在600 °C条件下焙烧6 h，得两组不同负载量的催化剂，分别记为LR1与LR2,其具体组成如表1所示。
[0012] 表1催化剂的组成
催化剂的表征 X射线衍射(XRD)分析在日本理学公司D/Max-2200型射线仪上进行。CuKa辐射，石墨单 色器滤波，管电压40 kV，管电流40 mA，扫描范围5°-70°，扫描速率4 °/min。催化剂的比表 面积(BET)测量在北京中科晖玉科技有限公司HYA2010-C2型仪器上进行，以N2为吸附质，_ 196 °C下进行测定。H2-TPR测试在全自动程序升温化学吸附仪上进行。载气组成为10% H2/Ar，流量为40 mL/min，催化剂用量为300 mg，升温速率为10 min/°C。
[0013] 催化剂的活性评价 在全自动程序升温化学吸附仪中通过程序升温氧化反应(ΤΡ0)评价催化剂去除碳烟颗 粒物的能力，以10 °C/min从室温升温至PM燃尽。使用德国Degussa公司生产的Printex U商 业炭黑模拟PM。负载前的催化剂（100 mg)和PM(20 mg)按质量比为5:1的比例进行松散接 触。负载型催化剂(350 mg)和PM(20 mg)按质量比为35:2的比例松散接触混合均匀后，装入 石英管反应器中。待上一次催化进行完成后(每次升温至650 °C)，催化剂取出重新与PM(20 mg)进行松散接触，装样进行TPO测试，该过程定为催化剂的循环评价方法。反应气体组成为 10% 02/Ar混合气，Ar气为平衡气，气体流速为50 mL/min。反应后通过气相色谱检测反应 尾气中的C02含量，进样时间为20 s，20 s内所得C02体积除以进气总体积得C02所占的体积 分数。以PM的起燃温度(Ti)和最大燃烧速率温度(Tm)综合评价催化剂的催化能力。
[0014] 图1是系列负载后催化剂的XRD图谱。该系列负载型样品的2Θ分别在35°、36°、38° 与60°附近出现了4个强衍射峰，其归属于SiC的特征衍射。除样品Co-Zr/SiC外，其余样品的 2Θ在29.1°，33.6°，48.2°与57.1°处均出现了4个较强衍射峰，该4个特征峰与标准谱图 (JCroS#43-1002)所列的立方晶型特征峰相吻合，归属于Ce02立方面心萤石结构，且在掺杂 离子(K、Co)引入铈锆复合氧化物后均未出现K20或C〇304与Zr02的特征衍射峰，表明K20或 C〇304与Zr02已经进入Ce02晶格中形成固溶体或高度分散在催化剂表面。
[0015] TPR技术能够直接反应出金属离子变价时的还原能力，催化剂低温条件下高的氧 化还原能力更能体现出催化剂表面氧的活性。图2为负载率为LR2( ? 30 %)时各催化剂的 TPR图谱。由图2可知，SiC并没有出现明显的H2消耗或吸附峰。图中样品Ce-Zr/SiC与K-Ce-Zr/SiC在起始温度为300 °C处开始出现一个较宽H2消耗峰，最大吸收峰在525 °