CN101549256A - 一种用于汽车尾气催化净化的储氧材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于汽车尾气催化净化的储氧材料，属于污染控制和技术领域，涉及到一种用于汽车尾气催化净化的储氧材料，特别涉及到一种能在高温900℃保持储氧性能的储氧材料。其特征是用溶胶凝胶法制备，以硝酸铈，硝酸锆和硝酸铁为原料，加入适量的柠檬酸为胶凝剂，以去离子水为溶剂，无水乙醇为助剂，制备出铈锆铁复合氧化物的粉体。本发明的效果和益处是所提供的储氧材料制备工艺简单，具有比铈锆复合氧化物储氧材料更高的储氧能力，特别是高温焙烧后，该材料的储氧能力不降低。

Description

一种用于汽车尾气催化净化的储氧材料

技术领域

本发明属于污染控制和技术领域，涉及到一种用于汽车尾气催化净化的储氧材料，特别涉及到一种能。

背景技术

汽车尾气是造成大气污染的主要原因之一，已引起世界各国的高度重视，投入大量的资金、技术和人力进行治理。汽车尾气净化催化剂作为环保用催化剂正得到日益广泛的应用。

CeO₂是贵金属三效催化剂的重要组成部分，从上个世纪70年代起就开始了广泛的研究。CeO₂的主要作用有：

(1)稳定氧化铝载体和利于贵金属在表面的均匀分散；

(2)加速水气变换和蒸汽重整，提高CO、NO_x和HC的转化率；

(3)由于存在Ce³⁺和Ce⁴⁺的氧化还原循环，易于适应在空燃比动态振荡条件下运行，扩大了空燃比的可操作范围。

但是作为第一代储氧材料的CeO₂其主要的问题是热稳定性不高和低温下不易被还原，并且氧化还原过程主要发生在表面，所以高比表面积是CeO₂具有高储氧能力的先决条件。由于CeO₂在经历高温(大于850℃)后容易发生烧结，减少了CeO₂的比表面积，从而使储氧能力大大降低。为此，掺入Zr⁴⁺、Y³⁺、La³⁺等离子以提高氧化铈的高温稳定性，同时提高催化剂的抗烧结能力。特别是Zr⁴⁺的加入，因与CeO₂形成固溶体而改善了CeO₂的体相特性，增强了热稳定性，使CeO₂-ZrO₂成为第二代储氧材料。具体地说，第二代储氧材料CeO₂-ZrO₂与第一代储氧材料纯CeO₂相比具有以下优点：

(1)降低了表面和体相还原温度，明显改善了氧化还原的动力学行为，大大地提高了储氧能力，使CO、HC在还原条件下和NOx在氧化条件下的转化率大为提高；

(2)无论是在氧化或还原条件下，对CeO₂-ZrO₂进行高温处理后，CeO₂-ZrO₂的抗高温烧结性能明显比CeO₂好得多，与纯CeO₂相比，CeO₂-ZrO₂因体相氧参与了反应，即使在表面积较低的情况下，也易于被还原；(3)改变了氧化物的体相构成，利于体相氧的迁移和扩散，使体相反应过程变得活泼。

为了进一步提高铈锆固溶体的热稳定性和氧迁移速度，很多学者向铈锆固溶体中引入第三元素，以增强晶格氧的活动性，从而提高固溶体的储氧性能。掺杂改性主要产生两方面影响，一方面是用较小的金属离子取代较大的金属离子，产生一些晶格缺陷，使得氧离子在晶格中的迁移通道相对增大，可以有效降低氧在晶格中的扩散位阻，提高氧的活动能力；另一方面是由于价态的不同，产生一些新的氧空位，从而提高固溶体的储氧性能。另外，有大量资料证实Pr、Nd、Y、La、Ba等稀土及碱土元素的加入可以有效改善储氧材料Ce_xZr_1-xO₂的抗高温老化性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于汽车尾气催化净化的高性能储氧材料，可用于汽车尾气净化催化剂的涂层，以解决汽车尾气净化催化剂在高温(约900℃甚至1000℃)条件下储氧能力下降的问题。

本发明的技术方案如下：

采用溶胶凝胶法，以CeO₂-ZrO₂为基础，通过添加不同含量的Fe₂O₃，形成铈锆铁复合氧化物。我们利用溶胶凝胶法，通过加入无水乙醇做助剂，浓硝酸为发泡剂，可以制得纳米级的氧化物粉体。同时由于Fe₂O₃的加入与CeO₂-ZrO₂有相互作用，极大的提高了铈锆铁复合氧化物的低温储氧能力，而且经过高温焙烧后没有大幅下降，随着Fe₂O₃含量的增加反而有所提高。

本发明的效果和益处是，所提供的储氧材料制备工艺简单，具有比CeO₂-ZrO₂复合氧化物储氧材料更高的储氧能力，特别是高温处理后，该材料的储氧能力不下降。

具体实施方式

以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。

实施例1

具体步骤如下：

(1)摩尔比为(Ce∶Zr)∶Fe＝1-x∶x，其中x＝0.1～0.9，Ce∶Zr＝6∶4；称取1.00～20.00g的Ce(NO₃)₃.6H₂O和计量比的Zr(NO₃)₄.5H₂O，加入1.00～20.00g的柠檬酸，再加入适量的去离子水。

(2)往上述(1)的溶液中加入60～100ml适量的无水乙醇，搅拌4～5个小时。

(3)停止搅拌，将上述溶液放入75℃的水浴中，将溶液蒸发4小时，使溶液成为黄色澄清液体。

(4)往上述溶液中加入数滴浓硝酸，然后放入120℃烘箱中，烘干12小时，得黄色球状粉体。(5)将此粉体在600下焙烧5小时，制得超细粒子铈锆铁复合氧化物(Ce_0.6Zr_0.4)_xFe_1-xO₂。

实施例2：以(Ce_0.6Zr_0.4)_1-xFe_xO₂中x＝0.02，0.1，0.2，0.5为例，列出它们的储氧能力作为比较，见表1。

表1.(Ce_0.6Zr_0.4)_xFe_1-xO₂储氧能力比较

表1.(Ce_0.6Zr_0.4)_xFe_1-xO₂储氧能力比较

由表1可知，我们制备出来的铈锆铁复合氧化物，随着铁含量的增加，不仅低温储氧能力增加，而且经过高温焙烧以后，储氧能力下降不多。当铁的添加量为0.5时，样品的储氧量比低温焙烧的还要高。这说明我们制备的粉体具有很高的抗高温老化性能，适于作为三效催化剂的助剂。

Claims (1)

1.一种用于汽车尾气催化净化的储氧材料，其特征如下：

(1)摩尔比为(Ce∶Zr)∶Fe＝1-x∶x，其中x＝0.1～0.9，Ce∶Zr＝6∶4；称取1.00～20.00g的Ce(NO3)3.6H2O和计量比的Zr(NO3)4.5H2O，加入1.00～20.00g的柠檬酸，再加入适量的去离子水；

(2)往上述(1)的溶液中加入60～100ml适量的无水乙醇，搅拌；

(3)停止搅拌，将上述溶液放入75℃的水浴中，将溶液蒸发，使溶液成为黄色澄清液体；

(4)往上述溶液中加入数滴浓硝酸，烘干，得黄色球状粉体；

(5)将此粉体在600下焙烧5小时，制得超细粒子铈锆铁复合氧化物(CeO.6ZrO.4)xFe1-xO2。