一种钾铈复合氧化物催化剂及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钾铈复合氧化物催化剂及制备方法和应用，取钾、铈前驱体混合；加入适量柠檬酸和去离子水，将以上各物质在电磁搅拌器中混合均匀形成混合溶液；混合溶液于350‑550℃的焙烧温度下焙烧0.5‑2h，冷却后研磨即得钾铈复合氧化物催化剂。本发明专利技术在400℃下焙烧获得的钾铈前驱体摩尔比1:1的钾铈复合氧化物催化剂结晶度最高，同时催化活性最高，可以使碳黑颗粒物的起燃温度降低，对柴油机尾气中碳黑颗粒物的有更好的催化氧化性能，比传统催化剂有很大提高；比固相离子交换法、液相离子交换法和超声波分散法焙烧温度低300℃以上，较低的焙烧温度既可以减少钾离子的损失，又可以减少能量的消耗，另外步骤少，操作简单，制备周期短，便于实现工业化。

【技术实现步骤摘要】
一种钾铈复合氧化物催化剂及制备方法和应用
本专利技术涉及金属氧化物催化剂
，特别是一种钾铈复合氧化物催化剂及制备方法和应用。
技术介绍
油机尾气中一氧化碳和和烃类的含量均较低，氮氧化物的含量与汽油机尾气相近，但是碳黑颗粒物的含量远远高于汽油机尾气，碳黑颗粒物(particulatematter，PM)一般粒径小于1微米，其中含有一百个左右的碳原子和约十倍的氢原子。因此碳黑颗粒物的形成必然经过高温热解和脱氢过程，关于碳黑颗粒物的生成机理，目前认为有三种观点：1.柴油在高温下进行热裂解和脱氢反应形成简单的烃类，再聚合和脱氢后生成C原子，聚合形成固体碳核；2.柴油先团聚形成小液滴，继而发生热裂解反应，产生碳核；3.以上两种观点兼而有之，即在火焰中同时发生以上两种过程。由于碳黑颗粒物的粒径小，比表面积大，易吸附有机物和重金属，通过人们的呼吸进入人体并不断累积，必将威胁人体健康。特别是粒径小于100nm的PM能够穿透细胞膜，进入人体循环系统，还可导致遗传性突变。因此，控制碳黑颗粒物的排放成了控制大气污染问题的重中之重。目前，最成熟的柴油机尾气后处理技术是颗粒捕集器(PM过滤器)，是通过过滤层将汽车尾气中碳黑颗粒物过滤收集起来，净化效果较好。但是使用一段时间的使用后，微粒的积聚会阻塞过滤网，引起发动机动力性和经济性变差，因此此项技术能否实现应用的关键在于能否实现颗粒捕集器的周期性再生。但是无催化剂时低于500℃碳黑颗粒物无法发生氧化反应，而汽车行驶过程中柴油机的温度远低于500℃。所以急需一种能够在低温下催化氧化碳黑颗粒，从而实现颗粒捕集器再生的催化剂。而目前，最常用的用复合金属氧化物来制备复合氧化物催化剂催化柴油机尾气中碳黑颗粒物的氧化。尽管各国科学家已经耗费三十余年的潜心研究，至今尚未找到一种同时兼具价格低廉，来源广泛，活性高，稳定性强，污染性小等诸多优点的催化剂。虽然很多种类的催化剂结构和活性已经被充分的研究，催化机理也得到了一定程度的解释，但是仍然存在不同的缺点，都还与实际柴油机尾气的净化处理有一定的差距。从环境，健康和经济等方面综合考虑，对于消除汽车尾气中炭烟颗粒物的催化氧化催化剂的研究迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种钾铈复合氧化物催化剂及制备方法和应用。为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：一种钾铈复合氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、取钾前驱体和铈前驱体混合，其中钾前驱体和铈前驱体的摩尔比为(1-3)：1；S2、然后加入适量柠檬酸和去离子水，将以上各物质在电磁搅拌器中混合均匀形成混合溶液；S3、将上述混合溶液于350-500℃的焙烧温度下焙烧0.5-2h，冷却后研磨即得钾铈复合氧化物催化剂。优选地，所述钾前驱体为硝酸钾KNO3、醋酸钾CH3COOK和氢氧化钾KOH中的一种。优选地，所述铈前驱体为硝酸铈Ce(NO3)3·6H2O。优选地，所述S1中钾前驱体和铈前驱体的摩尔比为1：1。优选地，所述S3中焙烧温度为400℃，焙烧时间为2h。另外，本专利技术还提供了一种钾铈复合氧化物催化剂，由上述钾铈复合氧化物催化剂的制备方法制得。再者，本专利技术还提供了一种钾铈复合氧化物催化剂的应用，所述钾铈复合氧化物催化剂用于催化柴油机尾气中碳黑颗粒物的氧化。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术通过在400℃下焙烧获得的镧铈前驱体摩尔比1:1的钾铈复合氧化物催化剂结晶度最高，同时催化活性最高，可以使碳黑颗粒物的起燃温度降低至248℃，对柴油机尾气中碳黑颗粒物的有更好的催化氧化性能，比传统催化剂有很大提高；2.本专利技术的制备钾铈复合氧化物催化剂的方法中的焙烧温度比固相离子交换法、液相离子交换法和超声波分散法低300℃以上，较低的焙烧温度既可以减少钾离子的损失，又可以减少能量的消耗，另外步骤少，操作简单，制备周期短，便于实现工业化。附图说明图1为程序升温反应及分析系统示意图。图2为使用六通阀改进的气相色谱气路示意图。图3为以柠檬酸络合燃烧法，以KNO3、CH3COOK、KOH为钾前驱体，400℃下焙烧2小时制备出的催化剂的XRD谱图。图4为不同钾铈前驱体摩尔比对钾铈复合氧化物催化剂结构的影响。图5为焙烧温度对催化剂结构的影响。图6为钾铈硝酸盐的物质的量之比n(K)/n(Ce)对催化活性的影响。图7为四种不同制备方式制备出的样品的XRD谱图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定专利技术。实施例1本实施例采用柠檬酸络合燃烧法制备钾铈复合氧化物催化剂，具体步骤为：分别将硝酸钾(KNO3)、醋酸钾(CH3COOK)和氢氧化钾(KOH)作为钾前驱体，以硝酸铈(Ce(NO3)3·6H2O)为铈前驱体，钾前驱体和铈前驱体的摩尔比为(1-3)：1混合后，加入适量柠檬酸和去离子水；将以上各物质在电磁搅拌器中混合均匀形成混合溶液，于350-500℃的焙烧温度下焙烧0.5-2h，冷却后研磨即得钾铈复合氧化物催化剂；具体的合成条件见表1。表1为了进一步对本实施例制备的钾铈复合氧化物催化剂的结构进行表征，分别进行以下测试：1、比表面积(BET)测定采用静态容量法以比表面积和孔径分析仪(MicromeriticsASAP2010sorptionanalyzer)，先将各样品于200℃下真空脱气6个小时，然后在液氮浴中吸附氮气，测量样品吸附氮气的吸附分压，可得材料的比表面积。2、X射线衍射(XRD)表征利用X射线衍射仪(XRD，日本理学D/max-RB，12kW转靶)分析了各样品的晶相结构，检测条件是：以CuKα靶为入射光源，入射波长1.5415×10-10m；闪烁计数器前加石墨弯晶单色器：管压为40kV，管流为100mA；测角仪半径185mm；光阑系统为DS＝SS＝1°，RS＝0.15mm。采用θ-2θ连续扫描方式，步长0.02°(2θ)，扫描速度为4°(2θ)/min。3、扫描电镜(SEM)分析采用场发射扫描电子显微镜(FESEM，S-4200，日本Hitachi公司)分析了各种不同方式制备的复合氧化物的表面结构。4、活性金属钾负载量的测定催化剂的钾含量可以通过电感耦合等离子体发射光谱仪(IRIS-Intrepid型，美国ThermoJarrellAsh公司)。按照以下操作条件进行：高频功率为1.15KW，等离子体气流量、雾化气流量、辅助气流量分别为15、1.05、0.5L/min。操作按照如下步骤进行：将适量的复合金属氧化物催化剂置于王水(浓硝酸浓盐酸的体积比为1:3)中，过滤，加入去离子水配制成样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钾铈复合氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、取钾前驱体和铈前驱体混合，其中钾前驱体和铈前驱体的摩尔比为(1-3)：1；/nS2、然后加入适量柠檬酸和去离子水，将以上各物质在电磁搅拌器中混合均匀形成混合溶液；/nS3、将上述混合溶液于350-500℃的焙烧温度下焙烧0.5-2h，冷却后研磨即得钾铈复合氧化物催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种钾铈复合氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、取钾前驱体和铈前驱体混合，其中钾前驱体和铈前驱体的摩尔比为(1-3)：1；
S2、然后加入适量柠檬酸和去离子水，将以上各物质在电磁搅拌器中混合均匀形成混合溶液；
S3、将上述混合溶液于350-500℃的焙烧温度下焙烧0.5-2h，冷却后研磨即得钾铈复合氧化物催化剂。


2.根据权利要求1所述的钾铈复合氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：所述钾前驱体为硝酸钾KNO3、醋酸钾CH3COOK和氢氧化钾KOH中的一种。


3.根据权利要求1所述的钾铈复合氧化物催化剂的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：段林海，孟秀红，段晓静，张尤华，秦慧博，杨萍，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44