新型三元催化纳米重稀土储氧材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种新型三元催化纳米重稀土储氧材料及其制备方法，属于稀土氧化物储O-储NOx复合纳米催化材料的制备技术领域。本发明专利技术的目的在于提供一种高储氧量、高温耐久、低温起燃良好的能够满足国际最新与未来机动车排放要求且可以替代CeZrYO2储氧材料的优良候选产品。本发明专利技术产品采用新型重稀土作为原料，在经过多项规范标准的实验后证明，其储氧量、抗耐久性和低温起燃均明显优于当前国际通用的萤石型CeZrYO2固溶体储氧材料，本发明专利技术产品储氧量在新鲜与老化状态下均高出CeZrYO2储氧材料1.5倍，具有明显的三元催化净化和抗高温老化优势。本发明专利技术产品对热电系统、钢铁企业等燃煤尾气的排放同样具有催化转化、降低排放的作用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种，属于稀土氧化物储O-储NOx复合纳米催化材料的制备
。本专利技术的目的在于提供一种高储氧量、高温耐久、低温起燃良好的能够满足国际最新与未来机动车排放要求且可以替代CeZrYO2储氧材料的优良候选产品。本专利技术产品采用新型重稀土作为原料，在经过多项规范标准的实验后证明，其储氧量、抗耐久性和低温起燃均明显优于当前国际通用的萤石型CeZrYO2固溶体储氧材料，本专利技术产品储氧量在新鲜与老化状态下均高出CeZrYO2储氧材料1.5倍，具有明显的三元催化净化和抗高温老化优势。本专利技术产品对热电系统、钢铁企业等燃煤尾气的排放同样具有催化转化、降低排放的作用。【专利说明】
本专利技术涉及一种，属于稀土氧化物储O-储NOx复合纳米催化材料的制备
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技术介绍
机动车尾气的排放是世界城市大气污染的主要来源。发达国家如美国、欧洲共同体和日本执行着极为苛刻的汽车尾气排放标准，参见表I。我国环保意识的日益增强，在2008年举办奥运会之前，要求北京的机动车尾气净化满足欧IV标准，对其它城市机动车尾气排放的要求也日趋严苛。开发、应用具有民族自主产权的机动车尾气净化技术是我国有效控制城市大气污染的重要举措和研发方向。三元催化是机动车尾气净化的重要理论依据和研究指向。自1980年代以来，国际普遍使用了 CeO2 - Al2O3作为三元催化储氧和储氮氧化物材料载体，并逐渐研究发展了比CeO2 - Al2O3具有更高储氧量和热稳定性的ZrO2 — CeO2 一 Al2O3三元催化材料。其中提高储氧性能的原理是利用了 Ce3+〈=>Ce4+可逆的价键反应进行储存/释放氧，并通过ZrO2固溶CeO2及添加Y2O3增强和稳定CeO2 — ZrO2固溶体内部的缺陷密度与Ce3+浓度。具体而言，三元催化储氧材料的性能主要由三个参数决定:1)氧在催化剂载体中的储存能力，2)传输能力，和3)氧化/还原能力。迄今为止国际普遍应用和研究的储氧材料主要是以具萤石四方结构的CeO2为基体的掺杂固溶氧化物。这主要取决于该氧化物CeO2晶体内部的点阵缺陷和非化学比造成的阳离子变价Ce3+〈=>Ce4+。其中，氧化物变价Ce2O3 <=>Ce02可进行可逆氧化/还原反应，从而提供氧吸附/脱附和氧化/还原能力；而该氧化物晶体中的点阵缺陷，如四面体位置的点阵氧可移到八面体的间隙位置，从而形成四面体位置的氧空位和八面体位置的间隙氧，来提供储存和输运氧的能力。相比于CeO2和PrO2, HoO2具有更稳定的4f电子结构，Ho4+和Ho3+之间比Pr4+和Pr3+与Ce4+和Ce3+之间具有更小的能量差，因而HoO2具有更高的Ho4+浓度一即更强的氧化/还原能力=HoO2 <=>Ho203O其次，相比Ce和Pr，Ho具有更小和更接近Zr的离子半径，因此与CeO2 - ZrO2固溶体相比，HoO2 — ZrO2固溶后其点阵氧缺陷的传输活化能应更低。因此，理论上推断HoO2-ZrO2应比传统的CeO2-ZrO2储氧材料具有更强的储氧、传输、和氧化/还原催化能力，国内外尚无人对HoO2-ZrO2作过任何研究。表I美国、加州和欧洲的汽车尾气排放标准 (g.km-1)【权利要求】1.一种三元催化纳米重稀土储氧材料的制备方法，其特征在于:采用超声膜扩散方法法制备得到储氧材料(LnO2)x — (ZrO2) h，所述方法的具体步骤为: (1)先将8.0gPVP溶于200mL去离子水中，再将0.65gNH3.H2O溶于50mL去离子水中，然后将两种溶液混合置于玻璃反应釜中，并将玻璃反应釜置于超声波发生器槽内； (2)将Ln(NO3)3和ZrO(NO3)4按照原子化学配比为1:2的比例配制成混合溶液； (3)在超声波搅拌和机械搅拌条件下，将50mL浓度为4.2g/L的Ln(NO3)3和ZrO(NO3)4混合溶液用柱塞泵以1.8mL/min的流量通过聚偏氟乙烯中空纤维膜渗透加入到步骤(1)的反应体系溶液中，使金属离子沉淀，使最终溶液的PH值保持在一定范围内； (4)将步骤(3)中的最终溶液静置12小时后进行过滤； (5)用去离子水反复洗涤沉淀4遍； (6)在100°C烘干至少24小时制得储氧材料前驱体粉体； (7)在马弗炉中600°C下焙烧2.5小时制得新鲜储氧材料； (8)将新鲜储氧材料经过950°C焙烧5小时制得老化处理的储氧材料。2.根据权利要求1所述的三元催化纳米重稀土储氧材料的制备方法，其特征在于:所述储氧材料(LnO2)x — (ZrO2) HS(HoO2)x — (ZrO2) (PrO2) x — (ZrO2)1^x 和(TbO2)x —(ZrO2) 中的至少一种。3.根据权利要求1所述的三元催化纳米重稀土储氧材料的制备方法，其特征在于:所述储氧材料(LnO2) x — (ZrO2) 中 Ln = Ho, Pr ;X= 0.3-0.9。4.根据权利要求3所述的三元催化纳米重稀土储氧材料的制备方法，其特征在于:所述储氧材料(LnO2) x — (ZrO2) 中 Ln = Ho ；x= 0.7, 0.8, 0.9。5.根据权利要求1所述的三元催化纳米重稀土储氧材料的制备方法，其特征在于:所述中空纤维膜管壁的微孔直径为0.06、.2Mm。6.根据权利要求2-5中任一项所述的三元催化纳米重稀土储氧材料的制备方法，其特征在于:步骤(2)中溶液中金属离子浓度的总和为0.2 mo l.L'7.根据权利要求6所述的三元催化纳米重稀土储氧材料的制备方法，其特征在于:步骤(3)中最终溶液的pH = 9~10。8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法制备得到的三元催化纳米重稀土储氧材料，其特征在于:所述储氧材料的晶体结构均为萤石型立方结构，且所述储氧材料固溶体的点阵晶胞体积随着X的增加而增大。9.根据权利要求8所述的三元催化纳米重稀土储氧材料，其特征在于:所述储氧材料在x=0.9时具有最大储氧量,在x=0.7或0.8时显示出越老化其储氧越高的特性。10.根据权利要求9所述的三元催化纳米重稀土储氧材料，其特征在于:所述储氧材料(LnO2) x — (ZrO2)1-x(HoO2) x — (ZrO2)1-x。【文档编号】B01J23/10GK103769075SQ201410037704【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日 【专利技术者】张建旗, 冯佃臣, 赵晓敏, 郑君海 申请人:内蒙古科技大学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张建旗，冯佃臣，赵晓敏，郑君海，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：