CN100409940C - 一种同时脱除汽车尾气中氮氧化物和一氧化碳的催化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污染控制与技术领域。涉及到以一种高效、廉价的非贵金属催化剂代替目前应用于汽车尾气净化的三效贵金属催化剂，特别涉及到一种同时脱除汽车尾气中氮氧化物和一氧化碳的催化剂。其特征是Ag为主上。其中，Co为助催化剂，共同负载于载体CeO2，采用尿素为沉淀剂的均匀沉淀法制备；活性组分Ag和Co的引入采用浸渍方法，先浸渍Ag后浸渍Co，Ag和Co的最佳担载量为4wt%和0.4wt%。本发明的效果和益处是所提供的催化剂降低了汽车尾气净化催化剂，计量氧成本。该催化剂在空速为120,000h-1存在的条件下，较低温度窗口内200-500℃，实现NO和CO的同时催化消除。
Description
技术领域
本发明属于污染控制与技术领域。涉及到以一种高效、廉价的非贵金属催化剂代替目前应用于汽车尾气净化的三效贵金属催化剂，特别涉及到一种同时脱除汽车尾气中氮氧化物和一氧化碳的催化剂。
背景技术
汽车尾气中含有一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)等有害物质，不仅对大气造成了极为严重的污染，而且直接影响到人们的身体健康。据统计，每千辆汽车每天排放的CO的量约为3000Kg，HC约为200~400Kg，NOx为50~150Kg。随着人们生活水平的提高，人们对生存环境质量的要求也逐日提高，因此治理环境污染的问题成为各国政府关心的重点。如何有效的脱除汽车尾气中对环境和人体健康危害最大的NO和CO就成为科研人员研究的热点。
目前用于脱除汽车尾气中NO、CO和HC最有效的方法是以贵金属为主要活性组分的三效催化剂的催化氧化还原。所谓的三效催化剂(Three-Way Catalyst简称TWC)是指将贵金属(Pt、Rh、Pd等)担载于涂有氧化铝薄层的蜂窝陶瓷上，并添加适当的助剂，如La、Sr、Ba等，能同时有效地将汽车尾气中的NO、CO、和HC转化为N2、CO2和H2O的贵金属催化剂。三效催化剂具有机械强度高，比表面积大，阻力小，活性高的优点，能在100000h-1的高空速下，300~700℃温度范围内行车5万公里而不明显失活，对三种污染物的转化率都在80％以上。但为了同时有效的除掉汽车尾气的这三种有害气体，必须把空/燃比(A/F)控制在最佳的化学计量比附近。在较低的空/燃比时，会降低HC和CO的转化率。在较高的空/燃比时，氮氧化物的转化率会急剧下降。所以理论A/F附近的范围被称为三效催化剂的最佳工作区。在汽车上配备的三元转化器中装有电子A/F控制系统，它是通过置于汽车尾气部位的传感器来达到这一目的的。
三效催化剂所使用的活性组分是Pt、Rh、Pd等贵金属。贵金属的储量有限，而使用量日增，贵金属的价格居高不下。所以目前使用的贵金属三效催化剂存在催化剂的成本偏高的缺点。研制一种高效、廉价的非贵金属催化剂代替目前应用于汽车尾气净化的三效贵金属催化剂是当务之急。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效、低廉的催化剂用于替代目前应用于汽车尾气净化的贵金属三效催化剂，该催化剂可同时脱除汽车尾气中的氮氧化物和一氧化碳。
本发明的技术方案是以银为催化剂主要的活性组分，利用NO在银表面解离产生的活性氧物种来氧化CO，以此达到同时脱除NO和CO的目的。对于催化剂载体CeO2的制备方法进行了一系列的筛选，得到以尿素作为沉淀剂的均匀沉淀法得到的CeO2优选为最佳的载体。通过浸渍的方法得到Ag/CeO2催化剂，并在Ag/CeO2催化剂的基础上再次通过浸渍的方法引入Co来提高银催化剂的高温活性及稳定性。通过在惰性气氛中500℃活化处理1小时，即得催化剂Ag-Co/CeO2。催化剂中银和钴的最佳担载量为4wt％和0.4wt％。
本发明的效果和益处是，所提供的催化剂无需使用资源稀缺、价格昂贵的贵金属组份，大大降低了汽车尾气净化催化剂的生产成本。在载体CeO2上银与钴的协同效应使得该催化剂在空速GHSV＝120,000h-1，有和没有计量氧存在的条件下，较低温度窗口内200-500℃，实现NO和CO的同时催化消除。
附图说明
附图1是不同催化剂上NO转化率随反应温度变化情况；
反应气组成为2500ppm NO，2500ppm CO，He为平衡气；
空速为30000h-1.
图中：？CeO2；？4％Ag/CeO2；？0.4％Co/CeO2；？4％Ag-0.4％Co/CeO2.
附图2是不同催化剂上CO转化率随反应温度变化情况；
反应气组成为2500ppm NO，2500ppm CO，He为平衡气；
空速为30000h-1.
图中：？CeO2，？4％Ag/CeO2；？0.4％Co/CeO2；？4％Ag-0.4％Co/CeO2.
附图3是4％Ag-0.4％Co/CeO2催化剂上有和没有计量氧气氛中NO转化率随反应温度变化情况；
反应气组成为2500ppm NO，2500ppm CO，He为平衡气及2500ppm NO，12500ppm CO，5000ppm O2，He为平衡气；空速为120000h-1.
附图4是4％Ag-0.4％Co/CeO2催化剂上有和没有计量氧气氛中CO转化率随反应温度变化情况；
应气组成为2500ppm NO，2500ppm CO，He为平衡气及2500ppm NO，12500ppmCO，5000ppm O2，He为平衡气；空速为120000h-1.
附图5是4％Ag-0.4％Co/CeO2催化剂在300℃时的稳定性；
反应气组成为2500ppm NO，12500ppm CO，5000ppm O2，He为平衡气；空速为120000h-1.
具体实施方式
以下结合技术方案和附图，详细叙述本发明的最佳实施例。
实施例1.
以硝酸铈为原料，载体CeO2的制备采用了三种方法：
(1)Ce(NO3)3 ·6H2O在马弗炉中600℃煅烧4小时，得到的样品命名为CeO2(1)。(2)氨水沉淀的方法制备氧化铈：：取一定量的Ce(NO3)3 ·6H2O配成0.05M的溶液加入到500ml的圆底烧瓶中，在室温下向不断搅拌的溶液中逐滴加入浓度为26~28wt.％的氨水至PH＝10，室温下反应10小时，过滤、洗涤至pH＜8；然后再100℃烘干过夜(注：洗涤分两步进行：第一步先用热的去离子水洗，第二步用无水乙醇洗，其目的是用乙醇尽量交换出晶粒结构中的水分子，由乙醇分子中的乙氧基取代了凝胶分子表面的部分羟基，在颗粒表面覆盖了一层非极性膜，粉末干燥过程中颗粒表面相邻乙氧基结合脱水时不会形成很强的化学键，粉末烘干后成软团聚，防止硬团聚的形成，因此改善了粉体材料的烧结特性)，然后放置在马弗炉中500℃煅烧3小时，从而得到CeO2(2)。
(3)均匀沉淀法制备氧化铈：我们采用不同摩尔浓度比的Ce(NO3)3 ·6H2O与尿素水溶液为原料来制备CeO2(其中Ce(NO3)3 ·6H2O溶液选定为0.05M)，最后优化其摩尔浓度比为1∶6时最佳。制备过程如下：将0.3M尿素水溶液和0.05M Ce(NO3)3·6H2O水溶液加入到配有冷却装置的三颈烧瓶中，在80℃搅拌10小时，有白色沉淀产生后，停止搅拌，在80℃继续加热2~3小时老化沉淀物，接下来的制备过程如样品CeO2(2)。这样我们就得到了CeO2(3)。
分别取上述制备的三种CeO21g浸渍于0.4mlAgNO3溶液中，室温下放置12小时，然后在空气中120℃烘干5小时以上，得到4wt％Ag/CeO2催化剂样品。
将上述的样品压片、破碎并筛分出40-60目复合催化剂，称取100mg，装入常压微型固定床反应器中。在He气流中500℃预处理1小时，然后降温至100℃以下。通入反应气2500ppm NO+2500ppm CO+He，流速20ml/min，温度为100-500？。NO脱除率定义为NO转化为N2的转化率，CO脱除率定义为CO的消耗。活性评价结果见表1。
表1不同催化剂上NO和CO脱除率随反应温度变化情况
实施例2.
在实例1中4wt％Ag/CeO2的基础上以相同的方法引入0.4wt％Co，将得到的4％Ag-0.4％Co/CeO2催化剂的活性与4％Ag/CeO2和0.4％Co/CeO2催化剂的活性比较结果见附图1和附图2(反应条件如实例1)。
实施例3.
取实例2中制备的4％Ag-0.4％Co/CeO2催化剂100mg，装入常压微型固定床反应器中。在He气流中500℃预处理1小时，然后降温至100℃以下。分别通入反应气2500ppmNO+2500ppm CO+He和含氧反应气2500ppm NO+5000ppm O2+12500ppm CO+He，流速75ml/min，活性比较结果见附图3和附图4。
实施例4.
取实例2中制备的4％Ag-0.4％Co/CeO2催化剂100mg，装入常压微型固定床反应器中。在He气流中500℃预处理1小时，然后降温至100℃以下。通入含氧反应气2500ppm NO+5000ppm O2+12500ppm CO+He，流速75ml/min，在300℃经50小时活性测试结果表明活性没有下降，见附图5。
Claims (2)
1. 一种同时脱除汽车尾气中氮氧化物和一氧化碳的催化剂，其特征是Ag为主催化剂，Co为助催化剂，共同负载于载体CeO2上，其中载体CeO2采用尿素为沉淀剂的均匀沉淀法制备。
2. 根据权利要求1所述Ag-Co/CeO2催化剂的制备方法，其制备特征是采用浸渍的方法先浸渍银后浸渍钴，并在惰性气氛中500℃活化处理1小时，催化剂中银和钴的担载量为4wt％和0.4wt％。
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