柴油车尾气碳烟燃烧和NO*存储-还原的双功能催化剂及制备方法技术

本发明专利技术涉及一类能使柴油车尾气中碳烟燃烧和ＮＯｘ存储－还原的双功能催化剂，及其制备方法。该催化剂以负载Ｐｔ和Ｋ的Ｍｇ－Ａｌ水滑石复合氧化物为基础，辅助活性成分（助剂）为铜。该催化剂用共沉淀法合成。在该催化剂存在下，以模拟柴油车尾气为气氛，能同时实现柴油车尾气中碳烟燃烧和ＮＯｘ存储－还原的双功能，即催化剂在ＮＯｘ存储和还原的同时，还能将碳烟燃烧掉，燃烧温度达到了柴油车排气的温度范围内；从而可以同时消除柴油车尾气中的两大污染物：碳烟颗粒和ＮＯｘ。是一种有用的同时消除柴油车尾气中的两大污染物碳烟颗粒和ＮＯｘ的双功能催化剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于柴油车尾气催化剂的
，特别涉及一类能使柴油车尾气中碳烟燃烧和NOx存储-还原的双功能催化剂，以及上述催化剂的制备方法。
技术介绍
柴油轿车由于具有的低油耗、低排放、高功率特性，在欧洲市场的占有率已达到40％，德国甚至高达50％。欧洲已采用柴油机作为执行“京都议定书”降低CO2排放的先决条件。在我国的汽车市场中，国产轻型客车中有南京依维柯使用柴油动力，部分轻卡和皮卡正被柴油发动机取代。具有划时代意义的是，2003年一汽大众在全国推出首辆自然吸气柴油轿车捷达SDI，2004年2月推出另一款涡轮增压柴油轿车宝来TDI，7月又推出奥迪A6TDI(2.5L)柴油轿车。2005年1月22日国务院发展研究中心发布的报告称，柴油轿车在中国的市场前景看好，其高效、经济、节能符合国家的汽车产业政策与环保要求。柴油车排气有如下特征(1)柴油机是在高的空燃比条件(20-50)下燃烧，排气中O2浓度高，颗粒物(PM)排放浓度高，HC/NOx比低。(2)柴油机在稳态运行时排气温度低，加速时温度上升；在城市街道中的行驶工况下排气温度在150-400℃左右，在高速行驶工况下却可达到600℃以上。(3)柴油机燃烧特征决定了排气中PM和NOx浓度高，是主要控制对象，而且二者是一对矛盾体，抑制NOx的生成，就有增加PM的趋势。因此用于汽油车的三元催化剂(TWC)根本不能适用。颗粒物大多小于2.5μm，表现为碳烟(soot)上吸附一些可溶性有机物(SOF)，对人类和生物的呼吸系统有较大危害；NOx则是酸雨和光化学烟雾的罪魁祸首。为满足2008年欧洲实行的EuroV标准、美国执行的Tier 2标准，必须考虑它们的同时脱除。目前柴油车排气后处理技术主要有(1)消除未燃HC、CO和颗粒物中SOF的氧化催化剂(DOC)，对干碳烟和NOx不起作用；(2)仅消除颗粒物的颗粒物捕集器；(3)仅消除NOx的贫燃deNOx技术和催化剂；(4)同时消除soot和NOx的技术，如复合氧化物催化剂能同时催化转化碳烟和NOx，即碳烟被NOx氧化为CO2同时NOx被还原为N2，但是在柴油机大量富氧的情况下，用碳烟将NOx还原为N2的效率太低。根据这种不足，本专利技术提供了一种催化剂，能够将NOx在过氧气氛下存储下来，在还原气氛下还原为N2。更重要的是在NOx存储-还原的同时，还能将碳烟颗粒燃烧掉。从而实现碳烟燃烧与NOx存储-还原的双功能，同时将柴油车尾气中的两大污染物碳烟颗粒和NOx同时脱除。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种催化剂，能够实现碳烟燃烧与NOx存储-还原的双功能，即在NOx存储和还原的同时，催化剂还能将碳烟燃烧掉。本专利技术的另一目的在于提供上述催化剂的制备方法。本专利技术是通过以下措施来实现的本专利技术的柴油车尾气碳烟燃烧和NOx存储-还原的双功能催化剂，其特别之处在于由活性组分K和Pt负载在Mg-Al水滑石复合氧化物上。本专利技术的催化剂，所述K的负载量为3-7wt.％，所述Pt的负载量为0.5-1wt.％，Mg和Al的摩尔比为4～1.5∶1。本专利技术的催化剂，为了进一步提高其催化效果，Mg-Al水滑石复合氧化物上负载有辅助活性组分Cu。所述Cu的负载量为0-3wt.％。上述本专利技术的催化剂的制备方法，包括以下步骤按照一定比例配制Mg、Al的混合盐溶液，Mg2+、Al3+离子的总浓度为1.5mol/l；室温下配制的碳酸钠和氢氧化钠的混合碱溶液，(CO32-)∶(OH-)的摩尔比为1∶2；混合盐溶液和混合碱溶液分别滴到盛有温度为65℃的去离子水的容器中，同时激烈搅拌，保持PH值在10左右，滴完后，将所得浆液在65℃下老化半小时，然后抽滤，将滤饼打浆洗涤半小时，再抽滤，反复几次，最后将滤饼放在烘箱中在120℃条件下蒸发过夜，将蒸干后的滤饼放在马沸炉中在不同的温度下焙烧，得镁铝水滑石复合氧化物；采用等量浸渍法，将适量钾盐负载到焙烧过的镁铝复合氧化物上，120℃烘干过夜，600℃焙烧4h；然后浸渍氯铂酸或其它铂盐，120℃烘干过夜，600℃焙烧4h，再在5vol.％H2/N2气氛下，400℃还原2h，得到本专利技术的催化剂。上述本专利技术的催化剂中，如果含有辅助活性组分Cu，其制备方法可以是，将Cu、Mg、Al制成总浓度为1.5mol/l的混合盐溶液，制备成掺杂铜的镁铝水滑石复合氧化物，再浸渍钾和铂。也可以可先合成镁铝水滑石复合氧化物，再将负载铜，然后再负载钾和铂。本专利技术的催化剂以负载Pt和K的Mg-Al水滑石复合氧化物为基础，辅助活性成分(助剂)为铜。该催化剂用共沉淀法合成。在该催化剂存在下，以模拟柴油车尾气为燃烧气氛，能同时实现柴油车尾气中碳烟燃烧和NOx存储-还原的双功能，即催化剂在NOx存储和还原的同时，还能将碳烟燃烧掉，燃烧温度达到了柴油车排气的温度范围内；从而可以同时消除柴油车尾气中的两大污染物碳烟颗粒和NOx。是一种有用的同时消除柴油车尾气中的两大污染物碳烟颗粒和NOx的双功能催化剂。本专利技术的制备方法，具有方法简单，易于操作，适合于工业化生产的特点。附图说明图1为模拟纯碳烟在空气气氛下燃烧的TG-DTA曲线。图2为实施例2的催化剂在不同温度下NO被还原的活性。图中，横坐标为反应温度，纵坐标为NO的转化率，反应条件为1000ppm NO，1000ppm C3H6，0.1vol％O2，平衡气为Ar，空速为20000h-1。图3为实施例2的催化剂在不同温度下NO被还原的活性。图中，横坐标为反应温度，纵坐标为NO的转化率，反应条件为1000ppm NO，1000ppm CO，平衡气为Ar，空速20000h-1。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，列举以下实施例，但其对本专利技术的范围无任何限制。实施例1按照镁铝铜摩尔比为65∶33∶2，配制Mg(NO3)2.6H2O、Al(NO3)3.9H2O和Cu(NO3)2.6H2O的混合盐溶液，Mg2+、Al3+和Cu2+离子的总浓度为1.5mol/l，室温下配置碳酸钠和氢氧化钠的混合碱溶液(CO32-)∶(OH-)＝1∶2，两溶液分别以一定的滴速滴到盛有一定量去离子水的500ml烧杯中(水温65℃，水量200ml)，同时激烈搅拌，调整两溶液滴速，使浆液的PH值保持在10左右。滴完后，将所得浆液在65℃下老化半小时，然后抽滤，将滤饼打浆洗涤半小时，再抽滤，反复几次。最后将滤饼放在烘箱中在120℃条件下蒸发过夜，将蒸干后的滤饼放在马沸炉中在不同的600℃温度下焙烧。采用等量浸渍法，将相当于3.5wt.％K含量的K2CO3负载到600℃焙烧过的掺杂铜的镁铝复合氧化物上，120℃烘干过夜，600℃焙烧4h。采用等量浸渍法，将1wt.％Pt负载到600℃焙烧过的负载了钾的铜掺杂的镁铝复合氧化物上，120℃烘干过夜，600℃焙烧4h，再在5vol.％H2/N2气氛下，400℃还原2h，得到催化剂。Pt的前驱物为氯铂酸或铂的铵盐。实施例2按照镁铝铜摩尔比为64∶33∶3，配制Mg(NO3)2.6H2O、Al(NO3)3.9H2O和Cu(NO3)2.6H2O的混合盐溶液，Mg2+、Al3+和Cu2+离子的总浓度为1.5mol/l，室温下配置碳酸钠和氢氧化钠的混合碱溶液(CO32-)∶(OH-)＝1∶2，两溶液分别以一定的滴速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柴油车尾气碳烟燃烧和ＮＯｘ存储－还原的双功能催化剂，其特征在于：由活性组分Ｋ和Ｐｔ负载在Ｍｇ－Ａｌ水滑石复合氧化物上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张昭良，牟宗刚，于鹏飞，张业新，倪献智，鲍猛，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]