一种柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂及其制备方法与流程

本发明属于催化剂材料技术领域，具体涉及一种柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂及其制备方法。

背景技术

柴油机广泛应用于大、中型载重货车以及船舶上。传统上，柴油发动机由于较笨重，升功率指标不如汽油机(转速较低)，噪声、振动较高，炭烟颗粒(pm)排放比较严重，一直以来很少受到轿车的青睐。柴油机排放的尾气中含有相当比例的co、nox、未燃尽有机碳氢化合物(hc)和碳烟颗粒(pm)，故对大气环境和人类健康造成了极大的负面影响。由于碳烟颗粒燃点较高，尾气中的碳烟必须在高于600℃时才能充分燃烧。

近年来，涂覆有催化剂的原位再生碳烟颗粒过滤系统吸引了广泛关注。常用的pt、rh、pd等贵金属基催化剂受限于其昂贵的造价而难以推广；而ag基催化剂由于活性高，经济性相对较好，但负载量一般较高，目前仍未能实现大面积工业化应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂。

本发明的另一目的在于提供上述柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂，其结构通式为ag-mnxce1-xoy，其中x＝0.05～0.5。

上述柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照所述结构通式称取如下原料组分ce(no3)3·6h2o，agno3，mn(no3)2，koh和氨水；

(2)将ce(no3)3·6h2o、mn(no3)2和去离子水混合制成第一溶液，将agno3和氨水混合制成第二溶液，将koh和去离子水混合制成koh溶液；

(3)将第一溶液和第二溶液以相同的速度缓慢滴入koh溶液中，同时搅拌并得到均匀的沉淀；

(4)将上述沉淀进行干燥后研成粉末，然后于450～550℃焙烧后自然冷却至室温，即得所述柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂。

在本发明的一个优选实施方案中，所述第一溶液中，ce(no3)3和mn(no3)2的浓度均为0.1～0.3mol/l。

在本发明的一个优选实施方案中，所述第二溶液中，agno3的浓度为0.05～0.2mol/l，氨水的浓度为1～3mol/l。

在本发明的一个优选实施方案中，所述koh溶液的浓度为1.0～3.0mol/l。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(4)的干燥为真空干燥，干燥温度为60～120℃，时间为9～12h。

在本发明的一个优选实施方案中，所述焙烧的时间为1～3h。

本发明的有益效果是：本发明中锰元素掺入氧化铈晶相能够显著增强氧物种的移动性，并且促进氧空位的形成。作为载体，锰氧化物有助于提升ag催化剂的氧化能力，从而降低ag负载量，提高其经济性。即本发明粒径较小，混合均匀，比表面积大，起燃温度低，催化活性好，价格便宜，制备方法及合成工艺操作简单，具有优良的工业应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1～6制备的柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂的xrd衍射图谱。

图2为本发明实施例1～6制备的柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂的催化活性图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。

下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试验材料中碳烟为德国printex，平均粒径25nm。其它材料及试剂，如无特别说明，购自常规化学试剂商店；所涉及的检测或测试方法，如无特别说明，均为常规方法。

实施例1

(1)按照结构通式ag-mnxce1-xoy(x＝0.05)称取如下原料组分ce(no3)3·6h2o，agno3，mn(no3)2，koh和氨水；

(2)将ce(no3)3·6h2o、mn(no3)2和去离子水混合制成第一溶液(ce(no3)3和mn(no3)2的浓度均为0.2mol/l)，将agno3和氨水混合制成第二溶液(agno3的浓度为0.2mol/l，氨水的浓度为1～3mol/l)，将koh和去离子水混合制成浓度为1mol/l的koh溶液；

(3)将第一溶液和第二溶液以相同的速度缓慢滴入koh溶液中，同时机械搅拌并得到均匀的沉淀；

(4)将上述沉淀进行真空干燥(60～120℃，9～12h)后研成粉末，然后于500℃焙烧2h后自然冷却至室温，即得所述柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂；

将所得的柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂进行xrd测试，结果如图1：材料为立方萤石相二氧化铈氧化物；

将所得的柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂进行催化碳烟活性测试，所得t50为356℃(如图2所示)：碳烟催化氧化在常压固定床不锈钢反应管中进行性能评价，接触条件为松散接触，催化剂与碳烟质量比为10∶1。原料气中o2含量为5％，no为1000ppm，其余为ar，气体流速为50ml.min-1。使用gc-2060型气相色谱仪，在线检测co2，t50对应碳烟转化率为50％时的温度。

实施例2

制备通式为ag-mn0.1ce0.9oy(x＝0.1)的柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂，催化剂活性评价方法同实施例1，xrd测试结果见图1，所得的ag-mn0.1ce0.9oy复合氧化物催化剂的t50为321℃(如图2所示)。

实施例3

制备通式为ag-mn0.2ce0.8oy(x＝0.2)的柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂，催化剂活性评价方法同实施例1，xrd测试结果见图1，所得的ag-mn0.2ce0.8oy复合氧化物催化剂的t50为350℃(如图2所示)。

实施例4

制备通式为ag-mn0.3ce0.7oy(x＝0.3)的柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂，催化剂活性评价方法同实施例1，结果见图1，所得的ag-mn0.3ce0.7oy复合氧化物催化剂的t50为353℃(如图2所示)。

实施例5

制备通式为ag-mn0.4ce0.6oy(x＝0.4)的柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂，催化剂活性评价方法同实施例1，xrd测试结果见图1，所得的ag-mn0.4ce0.6oy复合氧化物催化剂的t50为368℃(如图2所示)。

实施例6

制备通式为ag-mn0.5ce0.5oy(x＝0.5)的柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂，催化剂活性评价方法同实施例1，xrd测试结果见图1，所得的ag-mn0.5ce0.5oy复合氧化物催化剂的t50为372℃(如图2所示)。

本领域普通技术人员可知，本发明的技术方案在下述范围内变化时，仍然能够得到与上述实施例相同或相近的技术效果，仍然属于本发明的保护范围：

一种柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂，其结构通式为ag-mnxce1-xoy，其中x＝0.05～0.5。

上述柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照所述结构通式称取如下原料组分ce(no3)3·6h2o，agno3，mn(no3)2，koh和氨水；

(2)将ce(no3)3·6h2o、mn(no3)2和去离子水混合制成第一溶液，将agno3和氨水混合制成第二溶液，将koh和去离子水混合制成koh溶液；

(3)将第一溶液和第二溶液以相同的速度缓慢滴入koh溶液中，同时搅拌并得到均匀的沉淀；

(4)将上述沉淀进行干燥后研成粉末，然后于450～550℃焙烧后自然冷却至室温，即得所述柴油机尾气碳烟脱除金属复合氧化物催化剂。

所述第一溶液中，ce(no3)3和mn(no3)2的浓度均为0.1～0.3mol/l。所述第二溶液中，agno3的浓度为0.05～0.2mol/l，氨水的浓度为1～3mol/l。所述koh溶液的浓度为1.0～3.0mol/l。所述步骤(4)的干燥为真空干燥，干燥温度为60～120℃，时间为9～12h。所述焙烧的时间为1～3h。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。