用于柴油机尾气氮氧化物净化的低温型scr催化剂及其制备方法

文档序号:9313813阅读:1278来源:国知局
用于柴油机尾气氮氧化物净化的低温型scr催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于柴油机尾气氮氧化物净化的低温型SCR催化剂,属于催化剂 合成制备技术领域。
【背景技术】
[0002] 氮氧化物(NOx)是大气中的主要污染物之一,其是导致光化学烟雾、酸雨、臭氧层 破坏等重大环境问题的主要因素之一,也是环境污染控制的研究热点。随着中国汽车工业 的发展,由机动车排放的的氮氧化物也在不断加剧。研究表明,2010年,我国汽车^^^的排 放量约为600万吨,其中重型柴油车尾气排放占据了约74%。因此,对柴油机排放进 行控制显得尤为必要。
[0003] 选择性催化还原(SCR,selective catalytic reduction)被认为是目前被证实最 有效的柴油机NOx净化技术之一。应用于柴油机尾气净化上的SCR系统通常采用尿素溶液 作为还原剂,在尾气高温作用下水解成NH 3,与NOx发生氧化还原反应,最终生成无害的化和 H2O,实现NOx的有效去除。SCR技术的核心是催化剂,其性能的好坏可直接决定NO x的去除 效率。
[0004] 在国IV阶段,应用于柴油机尾气NOJg处理的SCR催化剂为经典的钒基催化剂 (即V 2O5-WO3ZtiO2体系催化剂),该型催化剂具有抗硫性强、活性稳定、技术成熟和价格经济 等优势,适合在国内推广使用。但钒基催化剂存在低温活性差的缺点,且V 2O5还具有较大毒 性。随着在国V阶段冷启动排气污染物排放测量方法(即WHTC测试循环)的逐步推广应 用,主机厂及后处理厂对SCR催化剂的低温性能提出了较高要求,常规的钒基催化剂较难 在WHTC测试中使发动机NO x排放满足国V排放限值。同时,由于国V阶段柴油的硫含量限 值较国IV下降了 80% (即由50ppm降至IOppm),尾气中的硫氧化物对催化剂的影响可进 一步弱化,因此,在国V阶段可以开发低温活性优异的柴油机用非钒基SCR催化剂,以利于 发动机通过WHTC测试。同时,低温型SCR催化剂也利于在城市中运行的柴油车(如公交车, 等)的NO x减排,由于城市公用车辆排温普遍较低,低温型SCR催化剂更有利于催化性能的 发挥,以此减轻城市大气污染。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的是为了解决现有技术中用于处理柴油机尾气NOx的钒基SCR催化剂 低温活性差及具有毒性的问题,提供了一种用于柴油机尾气氮氧化物净化的低温型SCR催 化剂及其制备方法。
[0006] 本发明采用如下技术方案:一种用于柴油机尾气氮氧化物净化的低温型SCR催化 剂,以堇青石蜂窝陶瓷为载体,在载体表面涂覆有混合浆液,所述混合浆液中的组分按质量 比计为基底涂层:活性组分:粘结剂为8 3~0. 5 :1。
[0007] 进一步的,所述基底涂层的组分含量按质量比计为二氧化钛:三氧化钨:二氧化 硅为8~9 :0· 5~I :0· 5~1。
[0008] 进一步的,所述活性组分中组分按质量比计为氧化铁:氧化锰为1. 7~3. 3 : 6. 7 ~8. 3〇
[0009] 进一步的,所述粘结剂为二氧化娃或三氧化二错。
[0010] 用于柴油机尾气氮氧化物净化的低温型SCR催化剂的制备方法,其特征在于:包 括如下步骤:
[0011] (1)基底涂层的制备:将钛盐前驱物、异丙醇、偏钨酸铵和硅溶胶按质量比10 :10 : 1. 7~4. 6 :0. 4~1. 2混合形成混合液,将上述混合液和质量分数为50%的乙醇溶液按质 量比1:1~2混合,加入相对总质量1~3%的吐温80,随后以300~600rpm转速搅拌上 述混合液3~10h,然后将混合液于60~80°C下旋转蒸发3~8h,将水分蒸干得到固体粉 末;将所得固体粉末在80~120 °C下烘干2~6h,然后在400~600 °C下焙烧4~8h,得到 基底涂层;
[0012] (2)活性组分的制备:采用水热法制备活性组分,将还原性锰盐、高锰酸钾和可溶 性铁盐按质量比10 :5. 8~8. 4 :3. 3~27. 8混合,并加入相当于上述反应物总质量3~5% 的尿素形成活性组分前驱物,然后按活性组分前驱物与水质量比1:2~5加入去离子水形 成混合液,搅拌均匀后倒入聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中,在90~120°C温度下水热反 应12~24h,将所得的固体生成物过滤分离、洗涤,于80~120°C条件下烘干2~6h,然后 在400~600 °C焙烧4~8h得到活性组分;
[0013] ⑶混合浆液的制备:将步骤⑴所制得的基底涂层、步骤⑵所制得的活性组 分以及30%质量分数的硅溶胶或铝溶胶粘结剂溶液,按质量比8 :0. 3~0. 5 :3. 3混合,并 加入去离子水,形成悬浊液,调节去离子水加入量,使悬浊液中固形物质量百分数为30~ 40% ;对悬浊液球磨,控制颗粒度D90小于10 μm,即得到涂覆用浆液;
[0014] (4)涂覆焙烧:取400目的堇青石蜂窝陶瓷载体,浸泡于步骤⑶制备的混合浆液 中,停留5~20s,随后以50~100mm/s的速度抽出,用0. 2~0. 6MPa的高压空气将载体表 面多余的浆液吹走,将涂覆好的蜂窝陶瓷载体置于80~150°C下烘干1~5h,然后在400~ 600°C焙烧4~8h,重复若干次至涂覆到蜂窝载体上的涂层量达到190~210g/L。
[0015] 进一步的,步骤(1)所述钛盐前驱物为钛酸四丁酯或钛酸四异丙酯。
[0016] 进一步的,步骤(1)所述硅溶胶质量分数为30%。
[0017] 进一步的,步骤(2)所述还原性锰盐为为硫酸锰、氯化锰、硝酸锰和乙酸锰中的一 种。
[0018] 进一步的,步骤(2)所述可溶性铁盐为硝酸铁、硫酸铁、氯化铁和硫酸亚铁铵中的 一种或多种。
[0019] 本发明制备方法简单,易于操作,制备出的催化剂利用氧化锰基催化剂的高低温 催化效率提高催化剂的低温SCR活性,同时铁的掺入可以提高催化剂的氮气选择性,降低 氧化亚氮的排放。钛/钨/硅复合氧化物基底涂层的应用可以提高活性组分的热稳定性, 提高整体催化剂的抗老化性能。
【具体实施方式】
[0020] 下面将结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0021] 实施例一:
[0022] 催化剂以400目的堇青石蜂窝陶瓷为载体,在载体表面涂覆有基底涂层、活性组 分和粘结剂组成的催化涂层。其中堇青石蜂窝陶瓷载体为立方体,体积大小为〇. 15L,长/ 宽/高分别为50/50/60_。催化涂层中的组分按质量比计为基底涂层:活性组分:粘结剂 为8 :0. 3 :1。其中,基底涂层中组分含量按质量比计为二氧化钛:三氧化钨:二氧化硅为9 : 0. 5 :0. 5 ;活性组分中组分按质量比计为氧化铁:氧化锰为I. 7 :8. 3 ;粘结剂为二氧化硅。
[0023] 催化剂制备步骤如下:
[0024] (1)基底涂层的制备:将钛酸四丁酯、异丙醇、偏钨酸铵和硅溶胶按质量比10 :10 : 1. 7 :0. 4混合形成混合液,将上述混合液和质量分数为50%的乙醇溶液按质量比1:1混合, 加入相对总质量1 %的吐温80,随后以300rpm转速搅拌上述混合液10h,然后将混合液于 60°C下旋转蒸发8h,将水分蒸干得到固体粉末;将所得固体粉末在80°C下烘干6h,然后在 400°C下焙烧8h,得到基底涂层。
[0025] (2)活性组分的制备:将硫酸锰、高锰酸钾和硝酸铁按质量比10 :7 :6混合形成混 合物,加入相当于上述混合物总质量3%的尿素形成活性组分前驱物。然后按活性组分前驱 物:水的质量比1 :2的比例加入去离子水形成混合液,混合液搅拌均匀后倒入聚四氟乙烯 内衬的水热反应釜中,在90°C温度下水热反应24h,将水热反应后所得的固体生成物过滤 分离、洗涤,在80°C干燥6h,然后在400°C焙烧8h得到活性组分。
[0026] (3)混合浆液的制备:将步骤⑴所制得的基底涂层、步骤⑵所制得的活性组分 以及硅溶胶按质量比为8 :0. 3 :3. 3混合,并加入去离子水,形成悬浊液;调节去离子水加入 量,使悬浊液中固形物质量百分数为30%;对悬浊液球磨,控制颗粒度D90小于10 μ m,即得 到涂覆用浆液;
[0027] (4)涂覆焙烧:取堇青石蜂窝陶瓷载体,浸泡于步骤(3)所得的涂覆用浆液中,停 留5s,随后以50mm/s的速度抽出,用0. 2MPa的高压空气将载体表面多余的浆液吹走;将涂 覆好的蜂窝陶瓷载体置于80°C下烘干5h,然后在400°C焙烧8h ;重复步骤(4),直至涂覆到 蜂窝载体上的涂层量达到190g/L,最终得到应用于柴油机尾气氮氧化物净化的低温型SCR 催化剂。
[0028] 实施例二:
[0029] 催化剂以400目的堇青石蜂窝陶瓷为载体,在载体表面涂覆有基底涂层、活性组 分和粘结剂组成的催化涂层。其中堇青石蜂窝陶瓷载体为立方体,体积大小为〇. 15L,长/ 宽/高分别为50/50/60_。催化涂层中的组分按质量比计为基底涂层:活性组分:粘结剂 为8 :0. 3 :1。其中,基底涂层中组分含量按质量比计为二氧化钛:三氧化钨:二氧化硅为9 : 0. 5 :0. 5 ;活性组分中组分按质量比计为氧化铁:氧化锰为2. 3 :7. 7 ;粘结剂为二氧化硅。
[0030] 催化剂制备步骤如下:
[0031] (1)基底涂层的制备:将钛酸四丁酯、异丙醇、偏钨酸铵和硅溶胶按质量比10 :10 : 1. 7 :0. 4混合形成混合液,将上述混合液和质量分数为50%的乙醇溶液按质量比1:1混合, 加入相对总质量2%的吐温80,随后以400rpm转
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1