一种CeZr复合气凝胶催化材料及其制备方法与应用

本发明属于汽车尾气催化，尤其涉及一种cezr复合气凝胶催化材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、21世纪全球的经济高速稳定增长，人类的生活水平也发生了翻天覆地的变化，但是各种环境污染问题也是接踵而至，目前，引发大气污染问题的关键原因之一是汽车尾气的不合理排放。截至2022年9月，全国机动车保有量已达到3.65亿辆，其中汽车保有量2.75亿辆。未来汽车保有量仍将以每年2000多万辆的速度增加。空气污染问题对全球经济的可持续发展影响最为显著，高速增长带来的机动车污染物排放量居高不下，四类污染物一氧化碳(co)、碳氢化合物(hc)、氮氧化物(nox)、颗粒物(pm)排放量达到4000多万吨，已成为大气污染的重要来源。

2、越来越严格的排放法规对汽车尾气催化剂技术提出了更高的要求，因此改善催化材料的储放氧能力、提高催化材料的稳定性等方面是催化剂设计必须要考虑的重点。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种cezr复合气凝胶催化材料及其制备方法与应用，通过合成cezr气凝胶载体，使其提供丰富的孔隙率和比表面积，开发出具有高比表面积、高分散性、高深度催化氧化能力的cezr复合氧化物气凝胶催化材料。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种cezr复合气凝胶催化材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将八水合氯氧化锆和硝酸铈溶解在第一混合溶液中，并加入冰醋酸(ch3cooh)和甲酰胺(hconh2)作为水解催化剂、螯合剂和干燥控制剂，磁力搅拌均匀得到第二混合溶液；

5、将所述第二混合溶液进行凝胶化处理，凝胶化后加入无水乙醇并将温度调为40℃，用无水乙醇浸泡将其中的水置换完全，得到湿凝胶；

6、将所述湿凝胶进行超临界干燥得到气凝胶；

7、将所述气凝胶置于400-800℃环境中热处理2h，即得到cezr复合气凝胶催化材料。

8、本发明选择铈(ce)和锆(zr)作为催化剂组分，利用不同组分之间的协同效应，对汽车尾气进行净化。利用溶胶-凝胶法制备出铈锆基湿凝胶，之后经过超临界干燥即可制备出cezr复合气凝胶催化材料。本发明利用zr气凝胶的高孔隙率和丰富的酸性位点，可促使底物分子快速吸附和分解，发挥助催化效应，该催化材料可将co、ch4氧化为h2、h2o、co2。

9、优选的，所述八水合氯氧化锆和硝酸铈的质量比为16.11∶(0.89-1.51)。

10、优选的，所述八水合氯氧化锆和硝酸铈的质量比为16.11∶0.89、16.11∶1.12或16.11∶1.51。不同铈含量对气凝胶存在影响，具体影响为：铈含量的不同影响了催化剂的分散度，适宜的铈含量使催化剂表面活性位点增加，具有较高的催化活性；而铈含量过多，会堵塞载体孔道，比表面积急速下降，导致催化效果降低。

11、优选的，所述第一混合溶液为水和无水乙醇的混合溶液，二者体积比为1∶1。

12、优选的，n(zr)∶n(ch3cooh)＝1∶1，n(zr)∶n(hconh2)＝1∶1；更优选的，冰醋酸和甲酰胺的加入量分别为3g，和2.25g。在制备溶胶过程中加入甲酰胺可以调控胶体的胶束的形态和大小，从而改善凝胶的结构和功能，控制提高凝胶孔洞分布的均匀性，增强凝胶结构强度。加入冰醋酸可以控制水解速率，抑制沉淀生成，以形成稳定的溶胶。

13、优选的，所述将所述第二混合溶液进行凝胶化处理的方法为：将所述第二混合溶液放入80℃烘箱中，使其形成凝胶。

14、优选的，用无水乙醇浸泡6次，每次12h。

15、优选的，热处理时升温速率为5℃/min。由于气凝胶具有纳米孔结构，在高温下其表面活性较高，当气凝胶升温速率过高时，易于发生烧结，从而导致气凝胶微观结构遭到破坏，比表面积急速下降，催化性能降低。

16、本发明还提供一种由上述方法制备得到的cezr复合气凝胶催化材料，其具有较大的比较面积，可达到401m2/g。

17、本发明还提供所述的cezr复合气凝胶催化材料在汽车尾气催化中的应用。

18、本发明还提供所述的cezr复合气凝胶催化材料在催化ch4和co尾气中的应用。

19、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

20、本发明采用溶胶-凝胶法制备cezr复合气凝胶催化材料，可以得到均匀分散的纳米颗粒，提高催化材料的比表面积和分散度，进而提高催化活性和稳定性。此外，本发明的制备方法简单、成本低廉，适用于大规模工业化生产。

21、本发明采用超临界干燥技术制备cezr复合气凝胶催化材料，具有均匀的孔径分布、高比表面积和大孔容,吸附能力强的特点。

22、本发明采用co2作为超临界流体干燥技术介质流体制备cezr复合气凝胶催化材料，可以保证产率与产品的纯度，价廉易得,具有不燃性可以避免易燃、易爆，且无毒，且其临界温度与压力均较低,对设备的要求不过于苛刻。

23、本发明还提供了该cezr复合气凝胶催化材料的应用，该催化材料适用于多种化学反应。实验证明，cezr复合气凝胶催化材料具有较高的催化活性和稳定性，在高温、高压等苛刻条件下仍能保持良好的催化效果。

技术特征：

1.一种cezr复合气凝胶催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的cezr复合气凝胶催化材料的制备方法，其特征在于，所述八水合氯氧化锆和硝酸铈的质量比为16.11∶(0.89-1.51)。

3.根据权利要求2所述的cezr复合气凝胶催化材料的制备方法，其特征在于，所述八水合氯氧化锆和硝酸铈的质量比为16.11∶0.89、16.11∶1.12或16.11∶1.51。

4.根据权利要求1所述的cezr复合气凝胶催化材料的制备方法，其特征在于，所述第一混合溶液为水和无水乙醇的混合溶液，二者体积比为1∶1。

5.根据权利要求1所述的cezr复合气凝胶催化材料的制备方法，其特征在于，n(zr)∶n(ch3cooh)＝1∶1，n(zr)∶n(hconh2)＝1∶1。

6.根据权利要求1所述的cezr复合气凝胶催化材料的制备方法，其特征在于，所述将所述第二混合溶液进行凝胶化处理的方法为：将所述第二混合溶液放入80℃烘箱中，使其形成凝胶。

7.根据权利要求1所述的cezr复合气凝胶催化材料的制备方法，其特征在于，用无水乙醇浸泡6次，每次12h。

8.一种cezr复合气凝胶催化材料，其特征在于，根据权利要求1-7任一项所述的方法制备得到。

9.权利要求8所述的cezr复合气凝胶催化材料在汽车尾气催化中的应用。

10.权利要求8所述的cezr复合气凝胶催化材料在催化ch4和co尾气中的应用。

技术总结
本发明涉及一种CeZr复合气凝胶催化材料及其制备方法与应用，属于汽车尾气催化技术领域，本发明选择铈(Ce)和锆(Zr)作为催化剂组分，利用不同组分之间的协同效应，对汽车尾气进行净化。利用溶胶‑凝胶法制备出铈锆基湿凝胶，之后经过超临界干燥即可制备出CeZr复合气凝胶催化材料。本发明利用Zr气凝胶的高孔隙率和丰富的酸性位点，可促使底物分子快速吸附和分解，发挥助催化效应，该催化材料可将CO、CH<subgt;4</subgt;氧化为H<subgt;2</subgt;、H<subgt;2</subgt;O和CO<subgt;2</subgt;。

技术研发人员：龚志军,张雨璇,张小霞,金秋彤
受保护的技术使用者：内蒙古科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21