CN1120752C - 泡沫陶瓷载体三效汽车尾气净化催化剂制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种尾气净化三效催化剂，该催化剂采用泡沫陶瓷作为载体；该方法使用硅酸乙酯水解液将吸收微波载体和γ-Al2O3粉粘在一起，使在吸波载体上挂载催化剂。该催化剂具有手性特征，能高效率吸收微波能量，加热均匀；该催化剂采用新工艺制备活性涂层；该催化剂在微波作用下可有效净化汽车尾气，冷启动效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体净化催化剂制备方法。
背景技术
随着世界科技与经济的发展，汽车已成为现代文明社会的一种标志，成为现代社会不可分割的一部分。但汽车在为人类提供交通方便的同时，也排出了污染环境污染的废气，并成为环境污染的主要来源之一，为了控制汽车污染物排放量，保护人类自身自下而上的环境，许多国家先后制订并颁布了汽车尾气排放标准，并且标准越来越严格，以欧洲排放法规为例，已出台的四个标准一个比一个严格，现正在执行的法规为欧洲2号标准，并且即将执行欧洲3号标准，要达到标准的要求，除了采用减少污染物产生的机内控制技术之外，加装三效催化剂是进行尾气净化的主要机外净化手段，由于贵金属的添加和成熟的制备技术，现有的三效催化剂已经可以基本上满足目前执行的排放法规，但是要满足即将执行的欧洲3号和欧洲四号标准则显得有些力不从心，因为欧洲3号和欧洲四号标准的核心是降低冷启动污染，也就是减少从汽车发动到催化剂起活这一段时间的污染物排放量，由于该段时间内(2～3分钟)的催化剂温度较低，催化剂难以有效净化尾气，这个问题并不是靠简单的不计成本添加贵金属所能解决的，因此，为满足将来的排放法规，势必发展新的净化技术，微波加热具有快速、均匀、选择性高等优点，采用微波加热技术的一个关键是：催化剂必须具有强吸波能力，才能保证微波能量被充分利用，目前实用化的三效催化剂均采用堇青石蜂窜陶瓷作为载体，吸收微波的能力很弱，不能充当微波加热技术中的催化剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尾气净化三效催化剂，其能够有产吸收微波，在微波场中能被均匀加热，能改善冷启动净化效果。
本发明提供了一种尾气净化三效催化剂，该催化剂采用泡沫陶瓷作为载体；该催化剂具有手性特征，能高效率吸收微波能量，加热均匀；该催化剂采用新工艺制备活性涂层；该催化剂在微波作用下可有效净化汽车尾气，冷启动效果好。
以下为催化剂详细制备方法：
1.取正硅酸乙酯、水、酒精、冰醋酸、盐酸适量，将除正硅酸乙酯外的其它组分混合均匀，再将正硅酸乙酯在搅拌条件下缓慢加入，在25摄氏度的环境温度中放置24小时，得到水解液；
2.在水解液中加入铁氧体吸波材料的粉末，搅拌均匀得浆状料。将该陶瓷料作成泡沫状，再高温烧制得吸波泡沫陶瓷作为三效催化剂的载体；
3.将吸波泡沫陶瓷在上述水解液中真空浸渍5分钟，取出，以高压气流将泡沫陶瓷吹扫至各网孔之间无堵塞为止；
4.将γ-Al2O3粉均匀铺于吸波泡沫陶瓷表面，快速震荡摇动泡沫陶瓷，使氧化铝粉均匀分布于泡沫陶瓷内外，确保泡沫陶瓷的骨架外表面能被氧化铝粉充分覆盖并粘附；
5.将粘附氧化铝粉后的泡沫陶瓷置于100摄氏度的环境温度中烘干三小时；
6.将烘干后的泡沫陶瓷置于马弗炉中，保持3摄氏度/分的升温速率至750摄氏度，恒温1小时，使硅酸乙酯分解，之后断电自然降温；
7.以高压气流吹去泡沫陶瓷中未粘附牢固的氧化铝粉，即可制得具有γ-Al2O3活性涂层的三效催化剂载体，其中γ-Al2O3为8％wt；
8.将具有活性涂层的泡沫陶瓷真空浸渍活性组元的硝酸盐或醋酸盐的混合溶液，然后于120摄氏度烘干8小时，540摄氏度焙烧10小时；
9.采用吸波泡沫陶瓷作为催化剂载体，CeO2/ZrO2＝9/1，其适合的组成重量比为：(100)担体∶(10-15)CeO2∶(1-2)ZrO2∶(0-10)BaO∶(0-10)La2O3∶(1-2)Pd，其中Ba和La不同时为零。
本发明的优点：
1.催化剂可高效率吸收微波，加热均匀。
2.在本发明中涂层的制备是专门针对吸波泡沫陶瓷孔隙的相对不均匀性提出的技术，可有效解决在吸波泡沫陶瓷表面涂层制备的均匀性问题。
3.相对于涂层制备中的原位生长技术和载体浸泡铝溶胶，然后烧制产生γ-Al2O3活性涂层的技术，本发明涂层的制备具有原理上的不同。该发明实际上是采用无机胶将载体和产品γ-Al2O3粘结在一起，从而形成γ-Al2O3活性涂层。
4.涂层制备周期短。
5.涂层制备工艺简单易行，易于工业化生产。
6.涂层制备方法应用范围广，可以用类似的方法制备碳化硅、二氧化硅等涂层。
7.该催化剂在微波作用下具有良好的冷启动净化效果。
具体实施方式
本发明的实施例：
1.取硝酸铈、硝酸锆(CeO2/ZrO2＝9/1、氧化铈和氧化锆的总量为100克)以及相当于10克氧化钡的醋酸钡配制成混合溶液，将活性涂层制备完毕的催化剂载体浸渍该溶液，然后于120摄氏度烘干8小时，540摄氏度焙烧10小时。将焙烧后的泡沫陶瓷真空浸渍Pd溶液(Pd含量0.01g/ml)，然后于120摄氏度烘干8小时，540摄氏度焙烧10小时，冷却后再于氢气气氛中400摄氏度还原2小时，制得催化剂1；
2.步骤同实施例1，仅氧化钡的量为30克而非10克。得到催化剂2；
3.步骤同实施例1，仅醋酸钡的量为0.5克而非10克。得到催化剂3；
4.取硝酸铈、硝酸锆(CeO2/ZrO2＝9/1、氧化铈和氧化锆的总量为100克)含10克氧化钡的醋酸钡、含20克氧化镧醋酸镧配制成混合溶液，将活性涂层制备完毕的催化剂载体浸渍该溶液，然后于120摄氏度烘干8小时，540摄氏度焙烧10小时。将焙烧后的泡沫陶瓷真空浸渍Pd溶液(Pd含量0.01g/ml)，然后于120摄氏度烘干8小时，540摄氏度焙烧10小时，得到催化剂4；
5.仅将氧化镧的用量由20克改为1克，其余步骤同实施例4，得催化剂5；
6.仅将氧化钡的用量由10克改为80克，其余步骤同实施例4，得催化剂6。
用于评价催化剂性能的催化剂具体组成见表一和表二。
对催化剂进行实验室评价的条件和结果见表一。
模拟尾气的组成为：CO2(12％)，O2(1.4％)，CO(1.5％)，HC(100ppm)，Nox(1000ppm)，H2O(10％)，余为N2。
进气温度为200摄氏度，空速为4万。
表一实验室评价结果
| 实施例中的催化剂 | 催化剂1 | 催化剂2 | 催化剂3 | 催化剂4 | 催化剂5 | 催化剂6 | ||||||
| 催化剂组成(重量)100％担体 | 12％CeO21％ZrO22％BaO1％Pd | 12％CeO21％ZrO25％BaO1％Pd | 13％CeO21.5％ZrO20.2％BaO1％Pd | 12％CeO21％ZrO22％BaO4％La2O31％Pd | 12％CeO21％ZrO22％BaO0.2％La2O31％Pd | 12％CeO21％ZrO212％BaO4％La2O31％Pd | ||||||
| 微波功率(W/ml催化剂)： | 0 | 2.5 | 0 | 2.5 | 0 | 2.5 | 0 | 2.5 | 0 | 2.5 | 0 | 2.5 |
| 净化率(％)：HC | 36 | 96 | 34 | 94 | 31 | 89 | 36 | 97 | 33 | 93 | 34 | 96 |
| 净化率(％)：CO | 27 | 80 | 28 | 82 | 28 | 84 | 25 | 92 | 30 | 92 | 27 | 93 |
| 净化率(％)：NOx | 30 | 77 | 32 | 83 | 26 | 73 | 32 | 94 | 31 | 89 | 35 | 93 |
催化剂的28工况评价由一汽集团长春汽车研究所进行。所用车辆为红旗CA722200AE轿车，发动机排量2.2升。催化剂为6号催化剂。微波功率的使用条件是：发动机点火后施加650W微波功率，并维持两分钟。两分钟后，微波功率降至200W，继续维持3分钟，而后断电。
采用微波催化净化法和常规催化净化结果的比较以及达到欧洲2号、3号标准所应具有的净化指标见表二.
表二 欧洲净化指标以及常规、微波催化净化结果
工况数据表明，在采用新方法制备的活性涂层上担载所得的催化剂具有优良的净化性能。尤其值得指出的是，28工况的实验中，该净化剂的净化能力达到了欧洲2号标准所要求的净化指标，并十分接近欧洲3号标准所要求的指标。
Claims (1)
1.一种泡沫陶瓷载体三效汽车尾气净化催化剂制备方法，其特征是该制备方法为：
(1)取正硅酸乙酯、水、酒精、冰醋酸、盐酸适量，将除正硅酸乙酯外的其它组分混合均匀，再将正硅酸乙酯在搅拌条件下缓慢加入，在25摄氏度的环境温度中放置24小时，得到水解液；
(2)在水解液中加入铁氧体吸波材料的粉末，搅拌均匀得浆状料。将该陶瓷料作成泡沫状，再高温烧制得吸波泡沫陶瓷作为三效催化剂的载体；
(3)将吸波泡沫陶瓷在上述水解液中真空浸渍5分钟，取出，以高压气流将泡沫陶瓷吹扫至各网孔之间无堵塞为止；
(4)将γ-Al2O3粉均匀铺于吸波泡沫陶瓷表面，快速震荡摇动泡沫陶瓷，使氧化铝粉均匀分布于泡沫陶瓷内外，确保泡沫陶瓷的骨架外表面能被氧化铝粉充分覆盖并粘附；
(5)将粘附氧化铝粉后的泡沫陶瓷置于100摄氏度的环境温度中烘干三小时；
(6)将烘干后的泡沫陶瓷置于马弗炉中，保持3摄氏度/分的升温速率至750摄氏度，恒温1小时，使硅酸乙酯分解，之后断电自然降温；
(7)以高压气流吹去泡沫陶瓷中未粘附牢固的氧化铝粉，即可制得具有γ-Al2O3活性涂层的三效催化剂载体，其中γ-Al2O3为8％wt；
(8)将具有活性涂层的泡沫陶瓷真空浸渍活性组元的硝酸盐或醋酸盐的混合溶液，然后于120摄氏度烘干8小时，540摄氏度焙烧10小时。
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