一种有序大孔-有序介孔复合孔道铈锆金属氧化物催化剂的制作方法_2

文档序号:9898754阅读:来源:国知局
属离子摩尔质量为8-15mmol),搅拌至溶液澄清,此为溶液B;将B 溶液缓慢滴入A中,滴速控制在l-2drop/s,持续恒温搅拌3-7h后将混合液取出。
[0030] 二、制备胶体晶体模板
[0031] (1)将减压蒸馏精制后的甲基丙烯酸甲酯(MMA单体)与去离子水在70-85Γ的下搅 拌20min以上,同时向反应体系中通入氩气作为保护气,得到乳化液C;MMA单体与去离子水 的体积比为50-120:310-240;
[0032] (2)在与乳化液C相当的温度条件下,将重结晶后的过硫酸钾溶于去离子水中,得 到溶液D;
[0033] (3)将溶液D倾倒入乳化液C中,继续通保护气氩气,反应1.5-2.5h后,得到白色悬 浊液;
[0034] (4)将悬浊液分装在离心管中,以2000-4000rpm的转速离心8-14h,除去上层清液 后将固体物在低于50°C的烘箱中干燥12h以上,得到胶体晶体模板。
[0035]三、用前驱体溶液对胶体晶体模板进行浸渍、陈化
[0036] 将3_8g胶体晶体模板取大块放于表面皿中,将前驱体溶液缓慢淋入表面皿,将表 面皿放入真空干燥箱中在40°C条件下陈化38_48h后取出样品,抽滤去除多余前驱体溶液, 用95%乙醇溶液淋洗固体三遍后转移至坩埚,在低于50°C的烘箱中干燥12h以上,得到浸 渍、陈化后的胶体晶体模板(即陈化产物)。
[0037] 四、对浸渍、陈化后的胶体晶体模板进行焙烧
[0038] 在有氧条件下进行,对浸渍、陈化后的胶体晶体模板进行焙烧,焙烧中以I -2 °C / min的速度升温至400-450°C,保持最高温度4-6h,自然降温,得到有序大孔-有序介孔复合 孔道铈锆金属氧化物催化剂。
[0039] 通过上述方法制得的催化剂,复合孔道中的大孔为三维有序的均匀反蛋白石结 构,且随着锆含量的增多(X值逐渐增大),大孔孔壁逐渐变薄;多级孔道中的介孔为有序的 类二维六方孔道结构,大小均匀,长程有序。
[0040] 对本发明制得的有序大孔-有序介孔复合孔道铈锆金属氧化物催化剂进行活性评 价的方法为:利用程序升温氧化(TPO)的方法模拟真实情况下的炭烟催化燃烧过程,实验通 过对比燃烧相同质量炭烟所需温度,来评价催化剂的氧化还原活性,T iq值越小,表示催化活 性越好;将反应尾气在北京分析仪器厂生产的SP-3420型气相色谱仪上进行分析,从而得到 CO2选择性。模拟过程中,反应最好是在炭烟与催化剂的质量比为1:1的情况下进行,且二者 是松散接触,这与真实情况下催化剂与柴油车尾气炭烟的接触条件一致。模拟过程中,反应 气组成可以为:0.2%N0、10%0 2和89.8%Ar(体积比),气体总流量为50mL/min。
[0041] 本发明另外提供了上述有序大孔-有序介孔复合孔道铈锆金属氧化物催化剂在柴 油车尾气处理中的应用。该催化剂用于柴油车尾气炭烟燃烧反应时,相比于已有的三维有 序大孔铈锆固溶体催化剂或有序介孔铈锆固溶体催化剂,表现出更加优异的低温炭烟转化 活性和较高的CO 2选择性。
【附图说明】
[0042]图1为三种催化剂的小角XRD谱图;
[0043] 图2为实施例1中所制得CCT的SEM图;
[0044] 图3为实施例1中制得的有序大孔-有序介孔Ceo.5Zr〇.502的SEM图(5. ΟΟμπι);
[0045] 图4为实施例1中制得的有序大孔-有序介孔CeQ.5Zr Q.5〇2的SEM图(Ι.ΟΟμπι);
[0046] 图5为实施例2中制得的有序大孔-有序介孔CeQ.4ZrQ. 6〇2的SEM图(5.00μπι);
[0047] 图6为实施例2中制得的有序大孔-有序介孔CeQ.4ZrQ. 602的SEM图(Ι.ΟΟμπι);
[0048] 图7为实施例3中制得的有序大孔-有序介孔CeQ.8Zr Q.2〇2的SEM图(5.00μπι);
[0049] 图8为实施例3中制得的有序大孔-有序介孔CeQ.8Zr Q.2〇2的SEM图(500nm);
[0050] 图9为实施例1中制得的有序大孔-有序介孔CeQ.5ZrQ.5〇 2的TEM图;
[00511图10为实施例2中制得的有序大孔-有序介孔CeQ.4ZrQ.60 2的TEM图;
[0052]图11为实施例3中制得的有序大孔-有序介孔CeQ.8ZrQ. 2〇2的TEM图。
【具体实施方式】
[0053]为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解,现对本发明的技 术方案进行以下详细说明,但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
[0054] 实施例1
[0055] 本实施例提供了一种有序大孔-有序介孔复合孔道铈锆金属氧化物催化剂(Meso/ macro-Ceo.5Zr〇.5Ο2),该催化剂的制备步骤包括:
[0056] 一、制备含有铈锆的前驱体溶液
[0057] 称取Ig F127溶解于IOmL 95%乙醇溶液中,在35°C水浴条件下搅拌2h以上至溶液 澄清,此为溶液A;同时在IOml 95%乙醇溶液中溶解一定量的Ce(NO3)2 · 6H20和ZrOCl2 · 8H20粉末(总金属离子摩尔质量为IOmmol,铈离子与锆离子的摩尔比为1:1),经过常温搅拌 至溶液澄清,此为溶液B;将溶液B缓慢滴入溶液A中,滴速控制在ldrop/s,持续恒温搅拌4h 后得到前驱体溶液。
[0058]二、制备胶体晶体模板(CCT)
[0059] (1)引发剂过硫酸钾(KPS)的精制
[0060]精制过程需考虑过硫酸钾的溶解度;本实施例中的具体操作是:将IOg过硫酸钾 (K2S2O8)白色粉末在IOOmL的40°C水浴中用一定量水溶解,加热布氏漏斗快速过滤,冰水冷 却结晶,将晶体过滤并用冰水洗涤,直至洗涤液中没有SOA为止(用氯化钡溶液检验),最后 将白色针状结晶置于真空(防止KPS的分解)干燥箱中50 °C干燥超过12h,密封保存。
[0061] (2)单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)的精制
[0062]将甲基丙烯酸甲酯在40°C下进行减压蒸馏,得到精制的甲基丙烯酸甲酯。
[0063] (3)PMMA的合成及CCT的组装
[0064] 将四口瓶放入水浴锅中,开始加热,设定温度为80°C,然后用量筒量取290mL的水 加入到四口瓶的反应器中;将四口瓶的中间口通机械搅拌桨,其余三口分别通Ar气、接冷凝 管以及橡皮塞;将上述仪器固定好后,通Ar气流速为30-40mL/min,开通搅拌装置调节转速 为350rpm;待水浴加热到80°C后,用玻璃漏斗通过橡皮塞的口处加入70mL MMA,搅拌20min 后,加入40mL含有0.3gKPS引发剂的水溶液;注意KPS引发剂需要在另外的烧杯中用40mL的 水溶解,并且温度也要在75°C-80°C之间;在80°C下反应2h,然后停止反应将所得到的乳白 色反应液在布氏漏斗中通过微孔滤膜过滤到矿泉水瓶中以备后续实验使用。将合成的PMMA 微球放入离心管中,以3000rpm的转速离心600min得到CCT(图2为该CCT的SEM图)。
[0065]三、用前驱体溶液对胶体晶体模板进行浸渍、陈化
[0066]称取约3g步骤二中制得的CCT,将步骤一中制得的前驱体溶液淋在CCT上(使前驱 体溶液完全没过CCT),放入35-40°C的真空干燥,将负压控制在-0.08到-0.1 MPa,陈化48h, 取出后用95%乙醇溶液淋洗3次,每次都用布氏漏斗抽干,之后将布氏漏斗上方固体转入50 °C烘箱中烘干12h,得到浸渍、陈化后的胶体晶体模板。
[0067]四、对浸渍、陈化后的胶体晶体模板进行焙烧
[0068]将浸渍、陈化后的胶体晶体模板转移至马弗炉,以1°C/S的速度升温至400°C,在该 温度下恒温4h,所得固体即为有序大孔-有序介孔复合孔道锆氧化物催化剂(1^〇/!^(^〇-Ce 0.5Zr〇. 5〇2)。该催化剂的小角XRD谱图见图1;图3、图4分别为该催化剂的SEM图;图9为该催 化剂的TEM图。
[0069]对本实施例制得的催化剂进行物化测试,测试结果见表1。
[0070]对本实施例制得的催化剂进行活性表征,表征的步骤包括:
[0071 ]称取IOOmg有序大孔-有序介孔复合孔道铈锆金属氧化物催化剂与IOmg模拟炭烟 颗粒(实验选用Degussa公司生产的模拟柴油机炭烟颗粒,粒径控制在25nm),用药匙将二者 混合均匀后装入内径为6mm的石英管,通入上述反应气,TOP以2°C/min的速度升温,每隔 5min将反应尾气通入气相色谱仪分析产物。表征结果见表2。
[0072] 实施例2
[0073]本实施例提供了一种有序大孔-有序介孔复合孔道铈锆金属氧化物催化剂(Meso/ macro-Ceo.4Zr〇.6〇2),其制备方法与实施例1中类似,区别在于通过调整Ce(NO3)2 · 6H2O和 ZrOCl2 · 8H20的用量,使铈离子与锆离子的摩尔比为2:3。
[0074]图5、图6分别为该催化剂的SE
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