一种汽油机N2O零排放的催化剂及催化器

本申请涉及汽油机尾气处理，特别是涉及一种汽油机n2o零排放的催化剂及催化器。

背景技术：

1、n2o是一种无色有甜味的气体，有麻醉作用。n2o为痕量气体，对温室效应的贡献是ch4的21倍，n2o全球增暖潜能(gwp,global warming potential)是co2的310倍。n2o的大气浓度每增加1倍就将导致全球升温0.3℃。n2o很稳定，停留时间长达120年。因此，由n2o排放造成的大气环境破坏是十分严重的。

2、大气中n2o主要来自农业、工业和化石燃料燃烧、生物质燃烧、废水及城市垃圾等，其中农业n2o排放量占全球n2o排放量的比例超过2/3。全球运输的排放量占目前人为排放总量估计值的3±1％。国内机动车温室气体排放状况的研究也表明，轻型客车、汽油车是机动车n2o排放的主要来源。

3、由于n2o的活性不高，与大气中已知的绝大多数气体难以发生反应，使n2o的处理变得非常困难，n2o的活化、激活和分裂是一项研究与工程应用的挑战性的工作。目前，汽油机尾气中的n2o尚得不到有效的处理

技术实现思路

1、针对现有技术中车用汽油机三元催化器不能使n2o达到零排放的问题，本发明提出一种汽油机n2o零排放的催化剂及催化器，使汽油机三元催化器后的n2o排放实现零排放目标。

2、本发明提供的一种汽油机n2o零排放的催化剂，所述催化剂以rh为主催化剂、ceo2为助催化剂，以石墨烯对分子筛改性后的石墨烯/分子筛作为多层级结构的涂层、蜂窝状堇青石陶瓷为载体。

3、优选地，在堇青石载体上的涂层顺序依次为石墨烯/分子筛/石墨烯的多层级结构，通道表面层为石墨烯。

4、优选地，在堇青石载体上的涂层顺序依次为分子筛/石墨烯/分子筛等的多层级结构，通道表面层为分子筛。

5、优选地，将堇青石载体沿通道方向分为前后两部分，前半部分的涂层顺序依次为石墨烯/分子筛/石墨烯等的多层级结构，通道表面层为石墨烯；后半部分的涂层顺序依次为分子筛/石墨烯/分子筛等的多层级结构，通道表面层为分子筛。

6、优选地，将堇青石载体沿通道方向分为前后两部分，前半部分的涂层顺序依次为分子筛/石墨烯/分子筛等的多层级结构，通道表面层为分子筛；后半部分的涂层顺序依次为石墨烯/分子筛/石墨烯等的多层级结构，通道表面层为石墨烯。

7、进一步地，所述rh催化剂、ceo2助催化剂直接涂敷在石墨烯或分子筛通道表面上。

8、优选地，所述rh催化剂、ceo2助催化剂还涂敷在结构内部的石墨烯或分子筛表面。

9、本发明还提供了上述催化剂的制备方法，包括如下步骤：

10、石墨烯对分子筛改性方法如下：

11、1)利用原位水热合成法，将蜂窝状堇青石陶瓷载体置于配置好的分子筛前驱体溶液中，进行原位晶化，使分子筛直接“生长”在载体上，获得分子筛涂层。

12、2)直接在氧化石墨烯水溶液中加入水合肼，再用水热法还原制备石墨烯溶液，制得了在水中均匀、稳定分散的石墨烯溶液；

13、3)将具有分子筛涂层的蜂窝状堇青石陶瓷载体置于石墨烯溶液中，利用超声浸渍法，将石墨烯高度分散至分子筛表面、孔道之中，完成对分子筛的表面、孔道改性，获得石墨烯对分子筛改性后的石墨烯/分子筛涂层。

14、4)进一步，重复上述步骤，可获得多层级结构的涂层。

15、本发明还提供了一种汽油机n2o零排放的催化器,由上述的催化剂封装而成。

16、相较于现有技术，本发明的技术方案具有如下优点：

17、(1)石墨烯/分子筛的多层级交错结构使催化剂与n2o的接触面积显著增加，可增加n2o的吸附量。

18、(2)石墨烯/分子筛的多层级交错结构使催化剂的内部纳米孔结构空间显著增加，可增加n2o在纳米孔中的分子扩散行程，延长n2o的吸附与扩散时间。

19、(3)石墨烯/分子筛的多层级交错结构可提高催化器的导热性能和热扩散性能，快速提高发动机低温起动工况下的n2o催化器内部温度，使催化器有充足的起燃时间。

20、(4)小孔结构分子筛具有晶体结构，可保证分子筛的热稳定性和结构稳定性。石墨烯对分子筛的改性，可进一步保证分子筛的热稳定性、水热稳定性，满足汽油机的工况要求。

21、(5)根据n2o的结构与极性开展石墨烯对分子筛孔道结构与吸附性能的调控，实现对n2o的择形吸附与催化，达到对n2o的零排放目标。

技术特征：

1.一种汽油机n2o零排放的催化剂，其特征在于，所述催化剂以rh为主催化剂、ceo2为助催化剂，以石墨烯对分子筛改性后的石墨烯/分子筛作为多层级结构的涂层、蜂窝状堇青石陶瓷为载体。

2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，在堇青石载体上的涂层顺序依次为石墨烯/分子筛/石墨烯的多层级结构，通道表面层为石墨烯。

3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，在堇青石载体上的涂层顺序依次为分子筛/石墨烯/分子筛等的多层级结构，通道表面层为分子筛。

4.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，将堇青石载体沿通道方向分为前后两部分，前半部分的涂层顺序依次为石墨烯/分子筛/石墨烯等的多层级结构，通道表面层为石墨烯；后半部分的涂层顺序依次为分子筛/石墨烯/分子筛等的多层级结构，通道表面层为分子筛。

5.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，将堇青石载体沿通道方向分为前后两部分，前半部分的涂层顺序依次为分子筛/石墨烯/分子筛等的多层级结构，通道表面层为分子筛；后半部分的涂层顺序依次为石墨烯/分子筛/石墨烯等的多层级结构，通道表面层为石墨烯。

6.根据权利要求1-5任一项所述的催化剂，其特征在于，所述rh催化剂、ceo2助催化剂直接涂敷在石墨烯或分子筛通道表面上。

7.根据权利要求6所述的催化剂，其特征在于，所述rh催化剂、ceo2助催化剂还涂敷在结构内部的石墨烯或分子筛表面。

8.一种汽油机n2o零排放的催化器,其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的催化剂封装而成。

技术总结
本发明公开了一种汽油机N<subgt;2</subgt;O零排放的催化剂及催化器，该催化剂以Rh为主催化剂、CeO<subgt;2</subgt;为助催化剂，以石墨烯对分子筛改性后的石墨烯/分子筛作为多层级结构的涂层、蜂窝状堇青石陶瓷为载体。该催化器由催化剂封装设计而成。通过石墨烯/分子筛的多层交错结构设计，延长N<subgt;2</subgt;O的吸附与扩散时间，增加N<subgt;2</subgt;O的吸附量，使催化器有充足的起燃时间。通过石墨烯对分子筛的改性，进一步保证分子筛的热稳定性、水热稳定性，满足汽油机的工况要求。从而实现对N<subgt;2</subgt;O的择形吸附与催化，达到对N<subgt;2</subgt;O的零排放目标。

技术研发人员：邓元望,冯长岭,郭以琳,朱浩
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15