一种低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用，所述低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂为形状不规则的纳米颗粒，粒径分布为40～140 nm，所述催化剂含有过渡金属元素Mn和贵金属，所述贵金属含量为0.5～1.5wt%，优选为1.0 wt%。本发明专利技术所述的共沉淀法便于操作及放大生产，原料廉价易得，无需专业设备，具有极大的产业化应用前景。

Low load noble metal type carbon smoke combustion catalyst, preparation method and application thereof

The present invention relates to a low load of precious metal type soot combustion catalyst and preparation method and application thereof, wherein the low load of precious metal type soot nanoparticles for irregular combustion catalyst, particle size distribution of 40 to 140 nm, the catalyst containing transition metals Mn and precious metals the noble metal content is 0.5 ~ 1.5wt%, preferably 1 wt%. The coprecipitation method of the invention is easy to operate and enlarge production, the raw material is cheap and easy to obtain, and no specialized equipment is needed, and the utility model has great industrial application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于催化材料
，具体涉及用于柴油车尾气净化的一种低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
柴油车由于其经济、热效高以及航程长等优势而在实际生活中得到广泛的应用。然而，柴油机排放的颗粒物(PM，主要为碳黑颗粒)和氮氧化物严重危害了环境和人类，因此，高效的后处理净化工艺势在必行。通常，一个微粒过滤器(DPF)被用来收集柴油车尾气中的碳黑颗粒，收集的碳黑颗粒可以在一个相当高的温度(>600℃)被O2氧化。然而，柴油机的排气温度一般在150到400℃，其较低的温度难以让尾气中的碳黑颗粒得以燃烧，长期使用后导致DPF失活。因此，开发一种高效的催化剂，使碳黑颗粒在较低的温度下完全氧化是一项迫在眉睫的工作。常见的用于碳烟颗粒氧化的催化剂，如：CeO2基化合物、钙钛矿氧化物等，或是因为缺乏多孔结构而不利于活性位点与碳颗粒的接触进而导致催化剂活性过低，或是因为多孔结构的制备成本过于高昂，从而不利于碳烟颗粒氧化催化剂的规模应用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用。一方面，本专利技术提供了一种低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂，所述低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂为形状不规则的纳米颗粒，粒径分布为40～140nm，所述催化剂含有过渡金属元素Mn和贵金属，所述贵金属含量为0.5～1.5wt％。本专利技术所述材料呈现高分散纳米颗粒状形貌，具有晶化结构，活性优异，在固体污染物的燃烧降解方面有潜在应用前景。较佳地，所述贵金属为Pt、Pd、Rh中的至少一种。较佳地，所述贵金属含量优选为1.0wt％。较佳地，所述催化剂的比表面积为10～50m2/g，孔径大小为10～50nm，孔容为0.10-0.50cm3/g。另一方面，本专利技术还提供了低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂的制备方法，包括：将锰盐溶液A和碱性溶液B混合后搅拌一定时间，再经离心水洗、干燥后得到干燥产物；将干燥产物加入到贵金属盐溶液中，在40～99℃下蒸干后得到混合粉体；将所得混合粉体在400～600℃下煅烧1～5小时，得到所述低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂。蒸干过程使得贵金属盐均匀沉积到粉体上。本专利技术结合沉淀法和沉积沉淀法制备所述低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂。具体来说先将锰盐溶液A和碱性溶液B搅拌混合后，发生反应产生沉淀物质，再经离心、干燥后得到干燥产物。将所得干燥产物与贵金属盐溶液均匀混合，在40～99℃下蒸干后得到混合粉体，此过程中不使用任何有机物。将所得混合粉体经煅烧后就能得到呈现高分散纳米颗粒形貌，晶化良好，催化活性高的低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂。较佳地，所述锰盐为Mn的硝酸盐、醋酸盐、硫酸盐、氯化物中的至少一种，所述锰盐溶液A的中锰离子的摩尔浓度为0.01～0.50mol/L，优选为0.10～0.30mol/L。较佳地，所述碱性溶液B中溶质为碳酸氢盐或/和碳酸盐，优选为碳酸氢盐，所述碱性溶液B的浓度为0.5～5.0mol/L，优选为0.5～1.0mol/L。较佳地，所述锰盐溶液A和碱性溶液B的体积比为(0.1～10)：1。较佳地，所述贵金属盐为贵金属的各类无机盐，优选为硝酸铂铵、氯铂酸、氯化铂铵中的一种。较佳地，所述锰盐溶液A和碱性溶液B混合方式为碱性溶液B快速倒入锰盐溶液A中、锰盐溶液A滴入碱性溶液B中、或锰盐溶液A与碱性溶液B并流沉淀，优选为碱性溶液B快速倒入锰盐溶液A中。较佳地，所述搅拌为在0～100℃下搅拌5分钟～24小时，优选为在25℃下搅拌10分钟～1小时。较佳地，所述煅烧的升温速率为0.5～10℃/分钟，优选为1℃/分钟。较佳地，煅烧气氛可为流动空气或静态空气，优选为静态空气。较佳地，煅烧温度优选为500℃，煅烧时间优选为2小时。较佳地，所述贵金属盐和锰盐的质量比为(0.5～1.5％)：1。再一方面，本专利技术还提供了一种单分散微米球状碳烟燃烧催化剂在机动车尾气处理中的应用。本专利技术结合沉淀法和沉积沉淀法，在低温下反应得到产物，不使用任何有机物，经煅烧后呈现高分散纳米颗粒形貌，晶化良好，催化活性高，能够使碳烟颗粒在390℃的低温燃烧完全。本专利技术所述的共沉淀法便于操作及放大生产，原料廉价易得，无需专业设备，具有极大的产业化应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例1所制得的低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂的透射电子显微镜(TEM)图；图2为本专利技术实施例1所制得的低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂的X射线衍射图谱；图3为本专利技术实施例2中低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂对碳烟的催化效果。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术结合沉淀法和沉积沉淀法(浸渍法联合法)制备得到低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂，其中所述低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂为结晶良好且呈现高分散形状不规则的多孔纳米颗粒形貌的贵金属负载型催化剂，所述催化剂含有过渡金属元素Mn和贵金属。所述贵金属含量可为0.5～1.5wt％(按Pt、Pd、Rh元素的质量计)，优选为1.0wt％。取值0.5～1.5wt％(优选1.0wt％)时，催化性能较好，且成本不致过高。所述贵金属可为Pt、Pd、Rh中的至少一种。本专利技术制备所得低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂的粒径尺寸可为40～140nm。本专利技术方法成本低廉，产率高效，无需专业设备，具有极大的产业化生产价值。以下示例性地说明本专利技术提供的低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂的制备方法。将一定量的原料物质(锰源)溶解到一定量的溶剂(例如水、醇水混合溶剂等)中得到锰盐溶液A(以下可简称溶液A)。原料物质可以是Mn的硝酸盐，醋酸盐，硫酸盐或氯化物中的一种或几种。Mn源优选为硝酸盐。溶液A中金属离子(锰离子)的浓度可为0.01～0.50摩尔/升，优选为0.10～0.30摩尔/升。将沉淀剂溶解到一定量的溶剂(例如水、醇水混合溶剂等)中得到碱性溶液B(以下可简称溶液B)。溶液B所用沉淀剂可以是碳酸氢盐(例如碳酸氢钠、碳酸氢铵等)，碳酸盐(例如碳酸钠、碳酸铵等)等碱性物质，优选为碳酸氢盐。溶液B的浓度可为0.5～5.0mol/L，优选为为0.5～1.0mol/L。搅拌条件下，溶液A、溶液B混合，一定温度下搅拌一定时间，得到含有沉淀物质的混合溶液。其中所述锰盐溶液A和碱性溶液B的体积比可为(0.10～10)：1。所述溶液A和溶液B的混合方式可以是溶液B快速倒入溶液A中，或溶液A滴入溶液B中，或溶液A、溶液B并流沉淀，优选为溶液B快速倒入溶液A中，利于得到单分散、粒径均一的沉淀物。采用快速倒入的方式时，其加入速度一般超过50mL/min，优选超过600ml/分钟，更优选超过1200mL/min。采用滴加的方式时，其加入速度可为1-50mL/min。溶液A、溶液B搅拌可在0～100℃下进行，优选为在25℃下进行，不需加热或冷却，节省能量。搅拌时间可为5分钟到24小时，优选为10分钟到1小时，反应快速完成，省工省时。将所得含有沉淀物质的混合溶液经过离心水洗和干燥处理后，得到干燥产物。其中干燥温度可为80～120℃，干燥时间可为2～12小时。将一定量贵金属盐和干燥产物共同分散在溶剂(例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂，其特征在于，所述低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂为形状不规则的纳米颗粒，粒径分布为40～140 nm，所述催化剂含有过渡金属元素Mn和贵金属，所述贵金属含量为0.5～1.5wt%，优选为1.0 wt %。

【技术特征摘要】
1.一种低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂，其特征在于，所述低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂为形状不规则的纳米颗粒，粒径分布为40～140nm，所述催化剂含有过渡金属元素Mn和贵金属，所述贵金属含量为0.5～1.5wt%，优选为1.0wt%。2.根据权利要求1所述的低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂，其特征在于，所述贵金属为Pt、Pd、Rh中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂，其特征在于，所述催化剂的比表面积为10～50m2/g，孔径大小为10～50nm，孔容为0.10-0.50cm3/g。4.一种如权利要求1-3中任一项所述低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将锰盐溶液A和碱性溶液B混合后搅拌一定时间，再经离心水洗、干燥后得到干燥产物；将干燥产物加入到贵金属盐溶液中，在40～99℃下蒸干后得到混合粉体；将所得混合粉体在400～600℃下煅烧1～5小时，得到所述低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述锰盐为Mn的硝酸盐、醋酸盐、硫酸盐、氯化物中的至少一种，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晗，周晓霞，王敏，潘琳钰，陈航榕，施剑林，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31