專利名稱：一種三元鈰基儲氧材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種三元鈰基儲氧材料及其制備方法。
背景技術：
目前機動車污染物排放的控制技術可分為三類，分別是燃燒前控制技術，燃燒中控制技術和尾氣凈化技術。其中尾氣凈化技術主要采用三效催化器技術，三效催化器 (Three Way Catalyst)主要有四部分組成載體、氧化鋁涂層、活性組分和助劑。通過CO、 HC和NOx之間的催化氧化和還原反應，三效催化劑可同時使汽油機的C0、HC和NOx排放同時降低90%以上。三效催化劑的催化活性與空燃比有關，在理論空燃比14. 6左右存在一個工作窗口，空燃比窗口范圍內C0、HC和NOx的催化活性能夠達到90%。但實際工況中由于機動車加速，減速和路況的復雜多變，空燃比總在14-15左右波動，無法滿足同時催化轉化 CO、HC和NOx的要求，使得催化轉化效率下降。儲氧材料作為三效催化器的核心技術之一，有效的起到了調節空燃比的作用，使得空燃比窗口在14. 6左右。然而目前的儲氧材料，其儲氧量尤其是動態的儲氧性能還有待提高，抗高溫燒結能力還不足，從而影響了三效催化器的使用壽命。
發明內容
本發明所要解決的技術問題就是要針對現有儲氧材料總儲氧量和動態儲氧性能不足，抗高溫燒結能力不夠，提供一種高性能鈰基三元儲氧材料及其制備方法。本發明由儲氧材料主體、助劑、分散劑組成，其重量份配比為儲氧材料主體80-95 助劑3-10 分散劑2_10 ；所述儲氧材料主體為稀土材料，稀土材料由硝酸鈰、硝酸鋯和硝酸鑭組成，其重量份配比為硝酸鈰0. 5-0. 8 硝酸鋯 0. 3-0. 45 0. 05-0. 15 硝酸鑭；所述的助劑是硝酸鋇、硝酸銅、硝酸錳或硝酸鎂，或是其中任意兩種及任意兩種以上以任意比例混合而成，或是全部以任意比例混合而成；所述分散劑是聚乙烯醇、聚乙二醇或檸檬酸；或是其中任意兩種以任意比例混合而成，或是全部以任意比例混合而成；
它還有氧化劑，氧化劑為雙氧水，其重量份配比為
儲氧材料主體80-95
助劑分散劑氧化劑制備工藝主要包括以下步驟 1)按比例稱取 Ce (NO3) 3 · 6H20、Zr (NO3)i
3-10 2-10 0.5-2。
5H20、La (NO3) 3 · 6H20配制成溶液，再加入過氧化氫，加入助劑，制成混合液；2)配制3mol/L的氨水溶液和3mol/L的碳酸銨溶液，按體積比為1 1混合，制成沉淀液，3)在45°C恒溫水浴、200Kw超聲條件下，將混合液和沉淀劑按15 10的重量份配比并流攪拌，并流過程中溶液PH控制在8，并流完成后持續攪拌lh，然后加入固溶體質量 8%的聚乙二醇，調節pH到8-10，80-100°C陳化2_4h后取出，室溫下靜置8_12h ；4)沉淀物經過抽濾，去離子水洗滌后，pH = 7，120°C干燥10_1濁；5)干燥后的樣品300°C焙燒0. 5h后升溫至500°C保溫4h，即可等到儲氧材料。與現有技術相比，本發明的有益效果主要體現在以下幾個方面1)與沒有采用本儲氧材料制備出的三效催化器相對比，本發明所述的儲氧材料明顯的降低了三效催化器在尾氣催化轉化中的起燃溫度。2)本發明所述的儲氧材料具備較高比表面積，經過500°C、4h焙燒后，儲氧材料的比表面積達到147. 09m2/g，經過700°C，4h焙燒后，比表面積為102. 52m2/g ；經過1000°C、 10%水蒸氣，證老化以后，比表面積依然可以達到46. 79m2/g，延長了三效催化器的使用壽命。3)本發明所述的儲氧材料具備高儲氧量，新鮮態500°C、4h焙燒后，儲氧材料的儲氧量達到四2. 2μπι01 -g"1 ；經過1000°C、10%水蒸氣，5h老化以后，儲氧材料的儲氧量仍然可達到201.8μπιΟ1 · g—1，穩定高效的儲氧能力，大幅削弱了三效催化器工作時空燃比窗口的波動。4)本發明所述的儲氧材料制備工藝，具備大規模生產應用的能力。5)采用本發明所述工藝生產的儲氧材料，具備低成本-高效益的經濟優勢，同比沒有采用本儲氧材料的三效催化器，貴金屬用量可以降低17%以上。
圖1是含有本儲氧材料的催化器涂層的掃面電鏡(SEM)圖片。圖2是某公司生產的催化器涂層的掃描電鏡(SEM)圖片。圖3是本發明所述的儲氧材料制備的涂覆有貴金屬的小樣起燃溫度曲線。圖4是某公司生產的儲樣材料制備的涂覆有貴金屬的小樣起燃溫度曲線。具體實施方法以下以具體實施方式
來說明本發明的技術方案儲氧材料由儲氧材料主體、助劑、分散劑組成，其重量份配比為儲氧材料主體80-95 助劑3-10 分散劑2_10 ；所述儲氧材料主體為稀土材料，稀土材料由硝酸鈰、硝酸鋯和硝酸鑭組成，其重量份配比為硝酸鈰0. 5-0. 8 硝酸鋯 0. 3-0. 45 0. 05-0. 15 硝酸鑭；所述的助劑是硝酸鋇、硝酸銅、硝酸錳或硝酸鎂，或是其中任意兩種及任意兩種以上以任意比例混合而成，或是全部以任意比例混合而成；所述分散劑是聚乙烯醇、聚乙二醇或檸檬酸；或是其中任意兩種以任意比例混合而成，或是全部以任意比例混合而成；
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它還有氧化劑，氧化劑為雙氧水，其重量份配比為
儲氧材料主體80-95 助劑3-10
分散劑2-10
氧化劑0.5-2。制備工藝主要包括以下步驟1)按比例稱取 Ce (NO3) 3 · 6H20、Zr (NO3) 4 · 5H20、La (NO3) 3 · 6H20 配制成溶液，再加入過氧化氫，加入助劑，制成混合液；2)配制3mol/L的氨水溶液和3mol/L的碳酸銨溶液，按體積比為1 1混合，制成沉淀液，幻在45°C恒溫水浴、200Kw超聲條件下，將混合液和沉淀劑按15 10的重量份配比并流攪拌，并流過程中溶液PH控制在8，并流完成后持續攪拌lh，然后加入固溶體質量8%的聚乙二醇，調節pH到8-10， 80-100°C陳化2-4h后取出，室溫下靜置8-12h ；4)沉淀物經過抽濾，去離子水洗滌后，pH = 7，120°C干燥10_1濁；5)干燥后的樣品300°C焙燒0. 5h后升溫至500°C保溫4h，即可等到儲氧材料。具體推薦的三元鈰基儲氧材料的生產工藝按照如下步驟進行1)按比例稱取稀土化合物 Ce (NO3) 3 · 6H20、Zr (NO3) 4 · 5H20、La (NO3) 3 · 6H20,溶入 1400mL的去離子水中配制成金屬離子濃度約0. 5mol/L的溶液，加入溶液體積1 %的過氧化氫溶液，加入固溶體質量5%的硝酸銅。2)配制3mol/L的氨水溶液和3mol/L的碳酸銨溶液按體積比為1 1混合。3)在45°C恒溫水浴、200Kw超聲條件下按適當比例將混合液和沉淀劑并流攪拌， 并流過程中溶液PH控制在8。并流完成后持續攪拌lh。然后加入固溶體質量8%的聚乙二醇，調節PH到10。100°C陳化4h后取出，室溫下靜置12h。4)沉淀物經過抽濾，去離子水洗滌后，pH = 7，120°C干燥12h。5)干燥后的樣品300°C焙燒0. 5h后升溫至500°C保溫4h，即可得到儲氧材料。具體的，本步驟1)中，技術人員可以根據需要來調節稀土化合物的比例，是否加入氧化劑和助劑，以及加入何種氧化劑和助劑及其各自比例等；本步驟3)中，技術人員可以根據需要更該共沉淀過程中的實驗條件，包括溫度，
超聲頻率；本步驟5)中，技術人員可以根據熱重分析(TG)所得到的實際曲線，對焙燒的溫度和時間進行調整。實施例一按0. 63 0. 32 0. 05 比例稱取稀土化合物 Ce(NO3)3 · 6H20、Zr (NO3)4 · 5H20、 La(NO3)3 · 6H20，溶入1400mL的去離子水中配制成金屬離子濃度約0. 5mol/L的溶液，加入溶液體積的過氧化氫溶液，加入固溶體質量5%的硝酸鋇。配制3mol/L的氨水溶液和 3mol/L的碳酸銨溶液按體積比為1 1混合，作為沉淀劑。在45°C恒溫水浴、200Kw超聲條件下按適當比例將混合液和沉淀劑并流攪拌，并流過程中溶液PH控制在8。并流完成后持續攪拌lh。然后加入固溶體質量8%的聚乙二醇，調節PH到10。100°C陳化4h后取出，室溫下靜置12h。沉淀物經過抽濾，去離子水洗滌后，pH = 7，120°C干燥 12h。干燥后的樣品300°C焙燒0. 5h后升溫至500°C保溫4h，即可得到分子式為5% Ba-Ce0.63Zr0.32Lao.O5O1.95的儲氧材料，本儲氧材料新鮮態比表面積為147. 09m2/g，儲氧量為 292. 2 μ mol .g—1。經過1000°C、10%水蒸氣，5h老化以后，比表面積依然可以達到46. 79m2/ g，儲氧量為 201. 8 μ mol · g-1。采用掃描電鏡技術(SEM)對儲氧材料的結構進行了表征，具體見圖1。采用采用掃描電鏡技術(SEM)對某公司生產的儲氧材料結構進行了表征，具體見圖2。制備采用上述儲氧材料并涂覆貴金屬的小樣在自制的小樣檢測儀上進行小樣實驗，起燃溫度曲線，具體見圖3。某公司的起燃溫度曲線，具體見圖4。實施例二按0. 55 0. 35 0. 1 比例稱取稀土化合物 Ce(NO3)3 · 6H20、Zr(NO3)4 · 5H20、 La(NO3)3 · 6H20，溶入1400mL的去離子水中配制成金屬離子濃度約0. 5mol/L的溶液，加入溶液體積0. 5%的過氧化氫溶液，加入固溶體質量5%的硝酸銅。配制3mol/L的氨水溶液和3mol/L的碳酸銨溶液按體積比為1 1混合，作為沉淀劑。在80°C恒溫水浴、200Kw超聲條件下按適當比例將混合液和沉淀劑并流攪拌，并流過程中溶液PH控制在8。并流完成后持續攪拌lh。然后加入固溶體質量5%的聚乙二醇，調節PH到10。室溫下靜置12h。沉淀物經過抽濾，去離子水洗滌后，pH = 7，120°C干燥 12h。干燥后的樣品320°C焙燒Ih后升溫至680°C保溫4h，即可得到分子式為5% Cu-Ce0.53Zr0.35La0. ^1.95 的。
權利要求
1.一種三元鈰基儲氧材料，其特征在于儲氧材料由儲氧材料主體、助劑、分散劑組成， 其重量份配比為儲氧材料主體80-95助劑3-10分散劑2-10;所述儲氧材料主體為稀土材料，稀土材料由硝酸鈰、硝酸鋯和硝酸鑭組成，其重量份配比為硝酸鈰0. 5-0. 8硝酸鋯0. 3-0. 45 0. 05-0. 15硝酸鑭；所述的助劑是硝酸鋇、硝酸銅、硝酸錳或硝酸鎂，或是其中任意兩種及任意兩種以上以任意比例混合而成，或是全部以任意比例混合而成；所述分散劑是聚乙烯醇、聚乙二醇或檸檬酸；或是其中任意兩種以任意比例混合而成， 或是全部以任意比例混合而成；
2.如權利1所要求1所述的三元鈰基儲氧材料，其特征在于它還有氧化劑，其重量份配比為儲氧材料主體80-95 助劑3-10分散劑2-10氧化劑0.5-2。
3.如權利1或2所述的儲氧材料的制備工藝，其特征在于制備工藝主要包括以下步驟1)按比例稱取Ce(NO3)3 · 6H20、Zr (NO3)4 · 5H20、La(NO3)3 · 6H20 配制成溶液，再加入過氧化氫，加入助劑，制成混合液；2)配制3mol/L的氨水溶液和3mol/L的碳酸銨溶液，按體積比為1 1混合，制成沉淀液，3)在45°C恒溫水浴、200Kw超聲條件下，將混合液和沉淀劑按15 10的重量份配比并流攪拌，并流過程中溶液PH控制在8，并流完成后持續攪拌lh，然后加入固溶體質量8%的聚乙二醇，調節pH到8-10，80-100°C陳化2_4h后取出，室溫下靜置8_12h ；4)沉淀物經過抽濾，去離子水洗滌后，pH= 7，120°C干燥10-1 ；5)干燥后的樣品300°C焙燒0.5h后升溫至500°C保溫4h，即可等到儲氧材料。
全文摘要
一種三元鈰基儲氧材料及其制備方法，儲氧材料由儲氧材料主體、助劑、分散劑組成，所述儲氧材料主體為稀土材料，稀土材料由硝酸鈰、硝酸鋯和硝酸鑭組成；所述的助劑是硝酸鋇、硝酸銅、硝酸錳或硝酸鎂，所述分散劑是聚乙烯醇、聚乙二醇或檸檬酸；優點是明顯的降低了三效催化器在尾氣催化轉化中的起燃溫度。延長了三效催化器的使用壽命。大幅削弱了三效催化器工作時空燃比窗口的波動。同比沒有采用本儲氧材料的三效催化器，貴金屬用量可以降低17％以上。
文檔編號B01J23/889GK102258995SQ20111012132
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月12日 優先權日2011年5月12日
發明者萬超, 廖宏鵬, 童碩 申請人:湖北航特科技有限責任公司