一种混合离子‑电子导体氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种混合离子‑电子导体氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂及其制备方法，其中混合离子‑电子导体氧化物的分子式为Ba1‑xSrxCo1‑yFeyO3，其中0.3≤x≤0.7，0≤y≤0.5；混合离子‑电子导体氧化物是硅藻土质量的10~80%。采用类溶胶‑凝胶方法制备这种催化剂，首先按照分子式Ba1‑xSrxCo1‑yFeyO3要求分别称取钡盐、锶盐、钴盐、铁盐溶于蒸馏水中，再加入硅藻土，在70~90°C加热搅拌；然后加入柠檬酸和乙二醇，用稀硝酸溶液调节混合液的pH值为1~3，并在70~90°C继续加热搅拌直至形成湿凝胶；在120~150°C烘干得到干凝胶；将干凝胶在400~800°C煅烧1~10h，得到混合离子‑电子导体氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂。该催化剂催化碳烟活性好，特别在松散接触下催化活性高；制备方法简单可控，有利于工业上推广。

The catalyst and a preparation method thereof mixed ionic electronic conductor oxide / diatomite composite soot combustion

The invention relates to a catalyst and a preparation method thereof mixed ionic electronic conductor oxide / diatomite composite soot combustion, including molecular mixed ionic electronic conductor oxide type Ba1 xSrxCo1 yFeyO3, and 0.3 = x = 0.7, y = 0 ~ 0.5; mixed ion electron conductor oxide is diatomite quality 10~80%. Preparation of the catalyst by sol gel method, according to the formula Ba1 xSrxCo1 yFeyO3 respectively weighed barium salt, strontium salt, cobalt salt, ferric salt dissolved in distilled water, then adding diatomite, stirring at 70~90 DEG C heating; then adding citric acid and ethylene glycol, the mixed solution is adjusted with dilute nitric acid the pH value of the solution for 1~3, and continue heating until the formation of the wet gel at 70~90 DEG C; get the dry gel at 120~150 DEG C drying; the dried gel at 400~800 DEG C calcined 1~10h, mixed ion electron conductor oxide / diatomite composite catalyst for soot combustion. The catalytic activity of the catalyst is good, especially the catalytic activity is high under the loose contact, and the preparation method is simple and controllable.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于催化材料
，具体涉及一种混合离子-电子导体氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂及其制备方法。
技术介绍
与汽油车相比，柴油车具有良好的动力性、经济性、耐久性和二氧化碳排放量低等优点，使其近年来得到了快速发展和广泛应用。但柴油机尾气中含有的大量碳烟(soot)对环境和人体的危害极大，是造成环境污染和危害人体健康的主要污染物之一。减少碳烟颗粒物污染最直接的后处理方法，就是通过颗粒捕获器DPF（DieselParticulateFilter）将颗粒物捕获收集，被认为是最有前途的柴油机尾气处理技术。由于碳烟颗粒的热分解温度高达875K，柴油车的排气温度为450-675K，不足以完全氧化碳烟颗粒，碳烟颗粒随着时间增加不断地在DPF载体上沉积，会造成排气阻力增加，导致发动机动力性、经济性恶化。DPF的安全、彻底再生是柴油机性能和排放的重要保障。在DPF表面负载碳烟催化剂来降低碳烟的燃烧温度，实现DPF的被动再生。目前催化剂大部分需要在NO2辅助下进行，迫切需要开发无需NO2辅助的氧气催化燃烧碳烟颗粒的催化剂。影响催化再生的关键因素包括催化剂本身的氧化还原特性、催化剂与碳烟的接触能力、催化剂的稳定性等。目前开发的大部分碳烟催化剂在紧密接触时能有效降低其燃烧温度，但松散接触时催化性能低。催化剂材料通常具有纳米尺寸，在催化剂使用过程中纳米颗粒长大使催化剂活性降低。BaxSr1-xCoyFe1-yO3-δ是一种固体氧化物燃料电池的阴极材料，同时具有氧离子导电性和电子导电性的特点，有望成为新一代的碳烟燃烧催化剂。硅藻土中包含大量的纳米微米级的气孔，因此具有很大的比表面积，是很好的催化剂载体。本专利开发了一种高活性、高稳定性、在松散接触下有效降低碳烟燃烧温度的催化剂。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服上述技术缺陷，提供一种高活性、高稳定性、在松散接触下有效降低碳烟燃烧温度的催化剂。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:一种混合离子-电子导体氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂，其特征在于：该催化剂包含混合离子-电子导体氧化物和硅藻土两种组分，其中混合离子-电子导体氧化物的分子式为Ba1-xSrxCo1-yFeyO3，0.3≤x≤0.7，0≤y≤0.5；混合离子-电子导体氧化物是硅藻土质量的10~80%。本专利技术的混合离子-电子导体氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包含以下几个步骤：(1)按混合离子-电子导体氧化物的分子式Ba1-xSrxCo1-yFeyO3（其中0.3≤x≤0.7，0≤y≤0.5）要求分别称取钡盐、锶盐、钴盐、铁盐溶于蒸馏水中，再加入硅藻土分散均匀，并在70~90°C加热搅拌制得均匀混合液；(2)然后往步骤（1）混合液中加入柠檬酸和乙二醇，用稀硝酸溶液调节混合液的pH值为1~3，并在70~90°C继续加热搅拌直至形成湿凝胶；(3)将步骤（2）湿凝胶在120~150°C烘干得到干凝胶；(4)将步骤（3）干凝胶在400~800°C煅烧1~10h，得到混合离子-电子导体氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂，其中混合离子-电子导体氧化物是硅藻土质量的10~80%。步骤（2）中钡盐、锶盐、钴盐、铁盐包括硝酸盐、醋酸盐或柠檬酸盐。步骤（2）中柠檬酸的摩尔数是金属离子总摩尔数的1~2倍。步骤（2）中乙二醇的摩尔数是金属离子总摩尔数的2~8倍。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1）得到的催化剂活性高：在本专利技术中，硅藻土作为载体，混合离子-电子氧化物作为活性物质负载在硅藻土表面，硅藻土中含有丰富的微米级微孔，有利于活性物质的均匀分散从而具有高的碳烟燃烧催化活性。2）催化剂稳定性高:硅藻土的结构稳定性高，有效的阻止纳米氧化物在使用过程中的颗粒长大，从而保证了催化剂的稳定性。3）松散接触下催化活性大幅度提高：现有技术中，混合离子-电子氧化物的氧离子及电子导电性都很高，能够快速为碳烟燃烧提供活性氧，使其在松散和紧密状态下催化碳烟燃烧效果相差不大。附图说明图1为本专利技术实施例1的SEM照片图2为本专利技术实施例1得到的催化剂在松散及紧密接触下燃烧碳烟的效果。图中横坐标为反应温度，纵坐标为CO2生成量。按照质量比1：4称取两份碳烟和催化剂，其中一份在研钵中研磨20min得到紧密接触样品，另一份通过药勺搅拌20min得到松散接触样品。碳烟燃烧反应条件：称取碳烟与催化剂总质量为25mg；气氛为10%O2，平衡气为N2；气体流速为6L/h；升温速度为10°C/min。具体实施方式本专利技术不局限于下述实施例。实施例1Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ/硅藻土复合碳烟催化剂的制备称取13g硝酸钡，10.6g硝酸锶，23.3g硝酸钴，4.8g硝酸铁，34.2g硅藻土放入蒸馏水中，并加热搅拌，控制加热温度为80°C；然后加入28.8g柠檬酸和24.8g乙二醇，柠檬酸的摩尔数是金属离子总摩尔数的1.5倍，乙二醇的摩尔数是金属离子总摩尔数的4倍；用6mol/L的硝酸调pH=2,并一直加热搅拌得到凝胶；在140°C烘箱内烘干得到干凝胶；将干凝胶在600°C煅烧4h得到Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ/硅藻土复合碳烟催化剂粉体，Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ是硅藻土质量的50%，得到粉体的SEM如图1所示。按照质量比1：4称取两份碳烟和催化剂，其中一份在研钵中研磨20min得到紧密接触样品，另一份通过药勺搅拌20min得到松散接触样品。碳烟燃烧反应条件：称取碳烟与催化剂总质量为25mg；气氛为10%O2，平衡气为N2；气体流速为6L/h；升温速度为10°C/min。结果如图2所示：在松散状态下，碳烟在480°C左右达到最大燃烧速度，在紧密状态下440°C可以完全燃烧。而不含有催化剂的碳烟最大燃烧速度约为650°C。催化剂有效地降低了碳烟燃烧温度，在松散状态下有很高的碳烟燃烧催化性能，性能略低于紧密状态。实施例2Ba0.7Sr0.3CoO3-δ/硅藻土复合碳烟催化剂的制备称取17.9g醋酸钡，6.3g硝酸锶，29.1g硝酸钴，181.3g硅藻土放入蒸馏水中，并加热搅拌，控制加热温度70°C；然后加入19.2g柠檬酸和12.4g乙二醇,柠檬酸的摩尔数和金属离子总摩尔数相同，乙二醇的摩尔数是金属离子总摩尔数的2倍；用6mol/L的硝酸调pH=1,并一直加热搅拌得到凝胶；在150°C烘箱内烘干得到干凝胶；将干凝胶在400°C煅烧10h得到Ba0.7Sr0.3CoO3-δ/硅藻土复合碳烟催化剂粉体，Ba0.7Sr0.3CoO3-δ是硅藻土质量的10%。实施例3Ba0.6Sr0.4Co0.9Fe0.1O3-δ/硅藻土复合碳烟催化剂的制备称取15.7g硝酸钡，11.1g柠檬酸锶，26.2g硝酸钴，2.4g硝酸铁，58.7g硅藻土放入蒸馏水中，并加热搅拌，控制加热温度为90°C；然后加入38.4g柠檬酸和18.6g乙二醇，柠檬酸的摩尔数是金属离子总摩尔数的2倍，乙二醇的摩尔数是金属离子总摩尔数的3倍；用6mol/L的硝酸调pH=3,并一直加热搅拌得到凝胶；在120°C烘箱内烘干得到干凝胶；将干凝胶在500°C煅烧6h得到Ba0.6Sr0.4Co0.9Fe0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合离子‑电子导体氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂，其特征在于，该催化剂包含混合离子‑电子导体氧化物和硅藻土两种组分，其中混合离子‑电子导体氧化物的分子式为Ba1‑xSrxCo1‑yFeyO3 0.3≤x≤0.7，0≤y≤0.5；混合离子‑电子导体氧化物是硅藻土质量的10~80%。

【技术特征摘要】
1.一种混合离子-电子导体氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂，其特征在于，该催化剂包含混合离子-电子导体氧化物和硅藻土两种组分，其中混合离子-电子导体氧化物的分子式为Ba1-xSrxCo1-yFeyO30.3≤x≤0.7，0≤y≤0.5；混合离子-电子导体氧化物是硅藻土质量的10~80%。2.根据权利要求1所述的混合离子-电子导体氧化物/硅藻土复合碳烟燃烧催化剂的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)按混合离子-电子导体氧化物的分子式Ba1-xSrxCo1-yFeyO3（其中0.3≤x≤0.7，0≤y≤0.5）要求分别称取钡盐、锶盐、钴盐、铁盐溶于蒸馏水中，再加入硅藻土分散均匀，并在70~90°C加热搅拌制得均匀混合液；(2)然后往步骤（1）混合液中加入柠檬酸和乙二醇，用稀硝酸溶液调节混合液的pH值为1~3，并在70~90°C继续加热搅拌直至形成湿凝胶；(3)将步骤（...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春花，方昊，邵丹敏，李楠，杨芳，胡乾，钱秀珍，赵崇军，吴限，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31