一種用于凈化柴油機(jī)的復(fù)合氧化物催化劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利涉及一種用于柴油機(jī)的復(fù)合氧化物催化劑及其制備方法，通過(guò)在同一 催化劑載體A區(qū)和B區(qū)提供不同涂覆量的催化劑或者涂覆不同種類的催化劑；當(dāng)涂覆的催 化劑種類為一種時(shí)，在載體A區(qū)和B區(qū)提供不同涂覆量的催化劑，提高了催化劑的整體利用 率；當(dāng)涂覆的催化劑種類為兩種時(shí)，一種是氧化型催化劑，另一種是還原型催化劑，通過(guò)氧 化型、還原型催化劑可以同時(shí)降低柴油機(jī)尾氣中的PM和NO x排放，并且具有較高的經(jīng)濟(jì)性。 技術(shù)背景
[0002] 由于柴油機(jī)具有熱效率高、使用壽命長(zhǎng)和可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、 汽車等領(lǐng)域；但是，柴油機(jī)的PM和放較高，而且對(duì)環(huán)境和人體健康構(gòu)成了很大的威 脅，其中，NO x易與空氣中水蒸氣和塵埃結(jié)合形成光化學(xué)煙霧和酸雨，甚至產(chǎn)生霧霾，對(duì)大氣 環(huán)境及人體健康會(huì)造成危害，PM中含有生物毒性很強(qiáng)的多環(huán)芳香烴，如苯并芘，對(duì)心臟、呼 吸系統(tǒng)危害很大；柴油機(jī)尾氣中污染物主要含有PM和N0 X，N0xi要包括NO和NO 2; 通過(guò)催化劑作用將柴油機(jī)尾氣中的PM和NOxR化為二氧化碳、水和氮?dú)猓ǔ７Q為催 化凈化器，安裝在柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中，一般該催化劑被涂覆在堇青石陶瓷蜂窩狀載體上， 活性組分一般為鉑系貴金屬，包括Pt或/和Pd等，而催化劑涂層主要是氧化硅和氧化鋁 等，但是，催化劑的催化效果很大程度上依賴于柴油機(jī)的排氣溫度和排氣流速；由于柴油機(jī) 排氣脈沖對(duì)排氣溫度、排氣流場(chǎng)分布的影響較大，我們通過(guò)模擬柴油機(jī)排氣的結(jié)果表明，固 相溫度分布不均勻，高溫區(qū)呈心形分布，溫度由內(nèi)而外逐漸減小，具體如圖1，同時(shí)，尾氣進(jìn) 入凈化器后速度快速下降，至載體前端達(dá)到第一低峰；在載體部分速度稍有增加，從載體部 分出來(lái)降至第二低峰；隨后回升至稍高于入口速度，具體如圖2,載體前端IOmm出凈化器內(nèi) 部氣流徑向速度分布情況；由此可知，氣流分布極不均勻，呈現(xiàn)出中間流速高，邊緣流速低 的趨勢(shì)，隨著時(shí)間的推移，此趨勢(shì)保持不變，具體如圖3 ;在高溫區(qū)域中，催化劑涂覆量大， 會(huì)造成催化劑利用率下降；同時(shí)，載體外圍區(qū)域的溫度較低，使得這部分催化劑利用效率下 降，因此在高溫區(qū)域，應(yīng)減少催化劑載體前端IOmm出凈化器內(nèi)部氣流徑向速度分布情況的 涂覆量，在外圍等低溫區(qū)域應(yīng)增大催化劑的涂覆量，從而提高催化劑整體利用率。
[0003] 隨著排放法規(guī)愈發(fā)嚴(yán)格，催化降低汽車尾氣排放成為主流，與此同時(shí)催化劑的用 量也越來(lái)越高，如何能在不影響催化性能的前提下，降低催化劑的涂覆量降低催化成本顯 得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于柴油機(jī)的復(fù)合氧化物催化劑的制備方法，通過(guò)在 同一催化劑載體兩端區(qū)域提供不同涂覆量的催化劑或者涂覆不同種類的催化劑，在不影響 催化劑性能的前提下，盡可能低催化劑的涂覆量，提高催化劑的整體利用率，降低催化成 本。
[0005] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種用于柴油機(jī)的復(fù)合氧化物催化劑的制備方法，復(fù)合 氧化物催化劑包括催化劑載體和催化劑涂層，制備步驟如下： A :當(dāng)涂覆的催化劑為一種時(shí)，在載體A區(qū)和B區(qū)提供不同涂覆量的催化劑： 1)第一種催化劑漿液的制備：按Ce-Ba-Al2O3復(fù)合氧化物的化學(xué)計(jì)量比稱取 Ba(CH3C00)2、Ce(N03)3 ·6Η20以及Y-Al2O3JjC與混合粉體質(zhì)量比為2-1 :1，攪拌lh，形成漿 液；制得第一種漿液。
[0006] 2)第二種催化劑漿液的制備：按Ce-Ba-Al2O3復(fù)合氧化物的化學(xué)計(jì)量比稱取 Ba(CH3C00)2、Ce(N03)3 ·6Η20以及Y-Al2O3JjC與混合粉體質(zhì)量比為1-2 :1，攪拌lh，形成漿 液；通過(guò)改變水與混合粉體質(zhì)量比制得第二種成分與步驟1)相同但濃度低于步驟1)的漿 液。
[0007] 3)催化劑的制備：將催化劑載體A區(qū)浸入第一種漿液中，漿液液面剛好浸漬到載 體高度的一半，浸泡30-60S后取出，用真空裝置吸走多余的漿液直至載體內(nèi)部孔道暢通， 在300°C干燥爐干燥30min，自然冷卻至室溫后取出；最后500°C焙燒5h ;催化劑載體A區(qū)指 沿孔徑方向上的載體的整個(gè)下半部分。
[0008] 4)將載體B區(qū)浸入第二種漿液中，漿液液面剛好浸漬到載體高度的一半，浸泡 30-60s后取出，用真空裝置吸走多余的漿液直至載體內(nèi)部孔道暢通，在300°C干燥爐干燥 30min，自然冷卻至室溫后取出；最后500°C焙燒5h ;催化劑載體B區(qū)指沿孔徑方向上的載 體的整個(gè)上半部分。
[0009] B :當(dāng)涂覆的催化劑為兩種時(shí)，其中一種是氧化型催化劑，另一種是還原型催化劑。 [0010] 1)第一種催化劑漿液的制備：按Ce-Ba-Al2O3復(fù)合氧化物的化學(xué)計(jì)量比稱取 Ba(CH3C00)2、Ce(N03)3 ·6Η20以及Y-Al2O3JjC與混合粉體質(zhì)量比為1-2 :1，攪拌lh，形成漿 液；制得第一種漿液。
[0011] 2)第二種催化劑漿液的制備：按Ce-Ba-Al2O3復(fù)合氧化物的化學(xué)計(jì)量比稱取 Ba(CH3C00)2、Ce(N03)3 ·6Η20以及Y-Al2O3JjC與混合粉體質(zhì)量比為1-2 :1，攪拌lh，形成漿 液；在漿液中加入H2PtCl6 · 6H20, H2PtCl6 · 6H20與混合粉體的質(zhì)量之比為0· 75-1. 5:200 ; 攪拌lh，形成漿液，制得第二種漿液。
[0012] 3)催化劑的制備：將催化劑載體A區(qū)浸入第一種漿液，漿液液面剛好浸漬到載體 高度的一半，浸泡30-60S后取出，用真空裝置吸走多余的漿液直至載體內(nèi)部孔道暢通，在 300°C干燥爐干燥30min，自然冷卻至室溫后取出；最后500°C焙燒5h ;催化劑載體A區(qū)指沿 孔徑方向上的載體的整個(gè)下半部分。
[0013] 4)將催化劑載體的B區(qū)浸入第二種漿液，漿液液面剛好浸漬到載體高度的一半， 浸泡30-60S后取出，用真空裝置吸走多余的漿液直至載體內(nèi)部孔道暢通，在300°C干燥爐 干燥30min，自然冷卻至室溫后取出；最后500°C焙燒5h ;催化劑載體B區(qū)指沿孔徑方向上 的載體的整個(gè)上半部分。
[0014] 所述的 Ce(NO3)3 · 6H20 可用 Ce (SO4) 2、Ce2 (SO4) 3 · 8H20 和（NH4)2Ce (NO3) 6中的一種 代替。
[0015] 所述的 Ba (CH3COO) 2可用 Ba (NO 3) 2代替。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1凈化器中催化劑固相的溫度分布。
[0017] 圖2尾氣進(jìn)入凈化器后速度變化情況。
[0018] 圖3載體前端IOmm出凈化器內(nèi)部氣流徑向速度、溫度、壓力分布情況。
[0019] 圖4催化劑載體剖開后的A、B區(qū)。
[0020] 圖5催化劑載體的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 本發(fā)明不受以下實(shí)施例限制。
[0022] 實(shí)施例1 涂覆的催化劑為一種，復(fù)合氧化物催化劑由催化劑載體和催化劑涂層構(gòu)成，催化劑 載體為堇青石蜂窩狀陶瓷載體，體積為I. 298L，目數(shù)300,孔隙率25% ;催化劑涂層中含有 Ce-Ba-Al2O3復(fù)合氧化物。
[0023] 1)第一種催化劑漿液的制備：按Ce-Ba-Al2O3復(fù)合氧化物的化學(xué)計(jì)量比稱取 66. 9579gBa(CH3C00)2、237. 0756gCe(N03)3 · 6H20 以及 112. 5gy-Al203;加入 416. 55ml 蒸餾 水，使得水與混合粉體質(zhì)量之比為1 :1，攪拌lh，制得第一種漿液。
[0024] 2)第二種催化劑漿液的制備：按Ce-Ba-Al2O3復(fù)合氧化物的化學(xué)計(jì)量比稱取 22. 3193gBa (CH3COO) 2、79. 0252gCe (NO3) 3 · 6H20 以及 37. 5gy-Al2O3;加入 277. 7ml 蒸餾水， 使得水與混合粉體質(zhì)量之比為2 :1，攪拌lh，通過(guò)改變水與混合粉體質(zhì)量比制得第二種成 分與步驟1)相同但濃度低于步驟1)的漿液。
[0025] 3)催化劑的制備：載體A區(qū)浸入第一種漿液中，漿液液面剛好浸漬到載體高度的 一半，浸泡45s后取出，用真空裝置吸走多余的漿液直至載體內(nèi)部孔道暢通，在300°C干燥 爐干燥30min，自然冷卻至室溫后取出；最后500°C焙燒5h。
[0026] 4)催化劑的制備：將載體B區(qū)浸入第二種漿液中，漿液液面剛好浸漬到載體高 度的一半，浸泡45s后取出，用真空裝置吸走多余的漿液lmin，直至載體內(nèi)部孔道暢通，在 300°C干燥爐干燥30min，自然冷卻至室溫后取出；最后500°C焙燒5h。
[0027] 實(shí)施例2 涂覆的催化劑為兩種；復(fù)合氧化物催化劑由催化劑載體、催化劑涂層和貴金屬三部分 構(gòu)成；催化劑載體為堇青石蜂窩狀陶瓷載體，體積為I. 298L，目數(shù)300,孔隙率25% ;催化劑 涂層中含有Ce-Ba-Al2O3復(fù)合氧化物；所用貴金屬為Pt。
[0028] 1)第一種催化劑漿液的制備：按Ce-Ba-Al2O3復(fù)合氧化物：稱取 44. 6386gBa (CH3COO) 2、158. 0504gCe (NO3) 3 ·6Η20 以及 75g γ -Al2O3;加入 277. 7ml 蒸餾水，使 得水與混合粉體質(zhì)量之比為1 :1，攪拌lh，制得第一種漿液。