一種輕型柴油機氧化型催化劑的制備方法與流程

本發明涉及柴油尾氣排放的催化劑及其制備方法。

背景技術：

輕型柴油車發動機排放的尾氣成分中，一氧化碳(CO)、總碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOx)和黑煙(PM)，都是受排放法規嚴格控制的污染物成分。為了達到排放標準，柴油車尾氣控制可以采用發動機技術(機內凈化技術)和后處理技術兩種手段。柴油車動力系統通過機內凈化技術，可以降低NOx和PM的排放并使達到排放標準限值，但CO和HC的排放必須通過后處理技術才能達到排放標準限值。柴油氧化型催化劑(Diesel Oxidation Catalyst,DOC)是常用的柴油后處理技術。

DOC催化劑可以用來清除柴油尾氣中的CO、HC和顆粒物中的可溶性有機物(SOF)，其反應機理是CO、HC和SOF在DOC催化劑的催化作用下與氧氣發生反應，生二氧化碳和水，如下列化學反應方程所示：

CO+O₂→CO₂ (1)

HC+O₂→CO₂+H₂O (2)

SOF+O₂→CO₂+H₂O (3)

上述反應需要在DOC催化劑的催化作用下才能有效快速地進行。而在實際行車過程中，由于發動機的長期運行，最高排氣溫度能達到450℃～500℃，如果DOC催化劑長時間處于高溫狀態，作為催化劑主要活性成分的貴金屬，會發生燒結現象導致催化劑老化，催化作用失效。DOC催化劑能否正常工作決定了排放能否達到標準。因此，DOC抗老化性能就成了該技術的關鍵。

技術實現要素：

針對上述技術問題，本發明提出一種輕型柴油機氧化型催化劑。解決現有柴油氧化型催化劑存在高溫老化的問題，提高催化劑的抗老化性能靠增加貴金屬含量會導致制作成本的增加，

技術方案：

為了解決以上問題，本發明提供了一種柴油氧化型催化劑，其制備過程包括：

一種輕型柴油氧化型催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，將氧化鋁、分子篩顆粒和稀土材料用去離子水攪拌混勻，制成混合漿料；

步驟2，將貴金屬鉑Pt和貴金屬X按一定比例混勻，制成貴金屬混合溶液；

步驟3，將貴金屬混合溶液加入到混合漿料中，調節pH值為2～5攪拌8～30小時，得到可涂覆的催化劑漿料；

步驟4，將催化劑漿料涂覆在載體上，涂覆好后進行烘干、煅燒，制得催化劑。

步驟4中，每升載體上均勻涂覆60～140g的催化劑漿料；煅燒過程為400～600℃下1～5小時，烘干過程為80～200℃下2～5小時。

上述制備方法的特征在于：

氧化鋁在混合漿料固體成分中的質量百分數(wt％)為10～50％，氧化鋁可以是γ-Al₂O₃或由γ-Al₂O₃制備而成的材料；

分子篩顆粒在混合漿料固體成分中的質量百分數(wt％)為10～40％，分子篩可以是β分子篩、ZSM-5等沸石分子篩，或由β分子篩、ZSM-5等沸石分子篩制備而成的分子篩材料；

稀土材料采用鈰鋯材料，鈰鋯比＝0.5:1～1:0，鈰鋯材料在混合漿料固體成分中的質量百分數(wt％)為10～60％；

催化劑采用的貴金屬為鉑貴金屬和貴金屬X，貴金屬X為其它鉑系貴金屬，添加比例Pt：X＝1.5:1～1:0，貴金屬的前軀體可為絡合物、有機鹽、無機鹽等，貴金屬在混合漿料固體成分中的質量百分數(wt％)為0.1～5％；步驟4中，每升載體上均勻涂覆60～140g的催化劑漿料；煅燒過程為400～600℃下1～5小時，烘干過程為80～200℃下2～5小時。

本發明的輕型柴油氧化型催化劑，其特征在于：包括載體和涂層。所述的載體可以是金屬或陶瓷蜂窩載體；所述的涂層包含氧化鋁、分子篩、稀土材料、貴金屬等組成成分，其中氧化鋁含量10～50wt％，分子篩含量10～40wt％，稀土材料10～60wt％，貴金屬含量0.1～5wt％。

有益效果：

本發明提供的輕型柴油氧化型催化劑制備方法簡單，添加稀土元素提高了催化劑的抗老化性能，并引進鈀貴金屬代替部分鉑貴金屬，有效地降低了成本，而且Pt-Pd也提高了催化劑的催化轉化性能。

附圖說明

圖1為本發明實施例1新鮮態、老化態ESC穩態循環測試CO的轉化效率對比圖。

圖2為本發明實施例1新鮮態、老化態ESC穩態循環測試HC的轉化效率對比圖。

圖3為本發明實施例2新鮮態、老化態ESC穩態循環測試CO的轉化效率對比圖。

圖4為本發明實施例2新鮮態、老化態ESC穩態循環測試HC的轉化效率對比圖。

具體實施方式

為了便于本領域技術人員的理解，下面結合實施例與附圖對本發明作進一步的說明。

催化轉化效率可以作為衡量DOC抗老化性能的主要指標，催化轉化溫度越高，DOC催化性能越好，DOC抗老化性能也越好，采用以下幾個途徑提高催化劑的催化轉化效率：

1)提高催化劑的貴金屬含量或者添加其它貴金屬。貴金屬含量的增加可以提高催化轉化效率，但是同時也增加了催化劑的制作成本，提升了催化劑的價格。DOC催化劑常用的是鉑貴金屬，價格偏高，可以用價格較低的鈀貴金屬代替部分鉑貴金屬，降低成本的同時，鉑-鈀之間相互作用也能提高催化劑的催化性能。

2)改良催化劑的配方，如在催化劑中添加助劑(稀土氧化物等)。通過添加稀土元素如鑭、鈰等，可以改善貴金屬的高溫穩定性，一定程度上也能降低成本。

實施例1

步驟1：取400gγ-Al₂O₃、600g分子篩顆粒和500g鈰鋯材料(鈰鋯比2:1)，加入去離子水攪拌混勻，制得混合漿料；取71.43g硝酸鉑溶液和23.8g硝酸鈀溶液混合均勻后，加入到混合漿料，貴金屬在混合漿料中的含量為1％，調節pH值為2～5，攪拌8小時，得到可涂覆的催化劑漿料。

步驟2：將催化劑漿料涂覆在圓柱形的陶瓷載體上，每升陶瓷載體上均勻涂覆120g的催化劑漿料。

步驟3：涂覆好的載體在800℃下烘干3小時，在600℃下煅燒1小時。

實施例2

步驟1：取600γ-Al₂O₃、428.6g分子篩顆粒和750g鈰鋯材料(鈰鋯比4:1)，加入去離子水攪拌混勻，制得混合漿料；取238.1g硝酸鉑溶液和99.2g硝酸鈀溶液混合均勻后，加入到混合漿料，貴金屬在混合漿料中的含量為2.5％，調節pH值為2～5，攪拌15小時，得到可涂覆的催化劑漿料。

步驟2：將催化劑漿料涂覆在圓柱形的陶瓷載體上，每升陶瓷載體上均勻涂覆100g的催化劑漿料。

步驟3：涂覆好的載體在120℃下烘干2小時，在550℃下煅燒2小時。

實驗例3

將實施例1和實施例2中的催化劑載體各取1個，在750℃下煅燒15小時進行高溫老化，然后將新鮮載體(實施例1和2中制得)和老化載體分別封裝，對其催化轉化效果進行檢測。

圖1-4為本發明實施例新鮮態、老化態ESC穩態循環測試CO和HC的轉化效率對比圖。

試驗標準：《QCT829-2010》、《GB17691-2005》

測試結果：

實施例1中的催化劑新鮮載體CO的轉化效率均在90％以上，HC的轉化效率最高達到94％；老化載體CO、HC的轉化效率相較與新鮮載體的，雖然有所降低，但是幅度很小，CO轉化效率多數工況達到了90％以上，HC的轉化效率最高達到90以上％。

實施例2中的催化劑新鮮載體CO的轉化效率在90％以上，HC的轉化效率最高達到98％；老化載體CO的轉化效率基本在90％以上，HC的轉化效率最高達到96％，與新鮮載體的相比較，下降幅度很小。

從測試結果可以看出本發明提供的柴油機氧化型催化劑有點明顯：

1、催化劑經過高溫煅燒老化后，CO、HC的轉化效率相較于新鮮的，降低幅度很小，仍然保持較高值，催化劑的抗老化性能良好。

2、催化劑使用的貴金屬由單鉑改進為鉑鈀相結合，降低了催化劑成本，也提高了催化劑的催化性能。

3、催化劑中添加稀土元素，改善了貴金屬高溫燒結的情況，提高了催化劑的抗老化性。

以上的實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護范圍之內。本發明未涉及的技術均可通過現有的技術加以實現。