CN101822979B - 一种降低碳烟颗粒燃烧温度的催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种降低碳烟颗粒燃烧温度的催化剂及其制备方法，该催化剂的活性成分为锰的氧化物，辅助活性成分为碱金属、碱土金属或稀土金属；制备方法如下：根据催化剂的组分及其摩尔比，称取醋酸锰和辅助活性成分的硝酸盐或醋酸盐固体，将称取的固体混合均匀，并研磨，将研磨得到的固体混合物于400-700℃在马弗炉中焙烧，得到本催化剂。本发明提供的催化剂，用于净化柴油车排放的尾气污染，能将尾气中的碳烟燃烧为二氧化碳的温度降低到柴油车尾气的温度范围内。是一种有用的促进柴油车尾气中碳烟燃烧的催化剂；本发明提供的制备方法，具有方法简单，易于操作，适合于工业化生产等优点。
Description
技术领域
本发明属于催化燃烧的技术领域，具体涉及一种能降低柴油车尾气中碳烟颗粒燃烧温度的催化剂及其制备方法。
背景技术
由于石油资源的日益减少以及地球温暖化倾向的日益严重，柴油机特别是直喷柴油机因其循环热效率高、燃油经济性好、CO2排放量低而日益受到重视。但是，柴油机的NOx和颗粒物(PM)排放量较高，尤其是PM排放量为汽油机排放量的30～70倍，有的甚至高达100倍。有关消除NOx催化剂的研究，国内已有较多报道，主要集中在选择性催化还原的催化剂上。但是，有关解决PM排放问题的催化剂则较少有文献报道。碳黑是PM的主要成分，对于碳黑颗粒排放的解决主要有三种方法：一是燃料的改进或使用新型的替代燃料；二是柴油车发动机的改进；三是排放后处理系统。前两种方法不可能彻底解决碳黑颗粒的排放问题。用颗粒过滤器收集碳黑颗粒，同时使碳黑颗粒被氧化为CO2，是减少碳黑颗粒物污染的最直接有效的排放后处理方法。然而，碳黑颗粒的热氧化温度高达600℃，柴油车的排气温度为150～400℃。因此，需要一种催化活性高的催化剂来降低碳黑颗粒的氧化温度，使过滤器上的碳黑颗粒被氧化除去而再生，避免碳黑颗粒在过滤器上的过度积累，堵塞过滤器，影响柴油车的性能。
发明内容
本发明的目的是提供了一种降低碳烟颗粒燃烧温度的催化剂及其制备方法。
本发明提供了一种降低碳烟颗粒燃烧温度的催化剂，该催化剂的活性成分为锰的氧化物(主要为三氧化二锰和二氧化锰)，辅助活性成分为碱金属、碱土金属或稀土金属，辅助活性成分与锰的比例为0.05-0.5(优选为0.2)。
本发明提供的降低碳烟颗粒燃烧温度的催化剂，所述碱金属为锂，钠，钾等；碱土金属镁，钙，钡等；稀土金属为镧，铈，镤等。
本发明提供的降低碳烟颗粒燃烧温度的催化剂，其中最优催化剂为钾锰催化剂。
本发明还提供了降低碳烟颗粒燃烧温度的催化剂的制备方法，具体步骤如下：根据催化剂的组分及其摩尔比，称取醋酸锰和辅助活性成分的硝酸盐或醋酸盐固体；将称取的固体混合均匀，并研磨10分钟；将研磨得到的固体混合物于400-700℃在马弗炉中焙烧5小时，得到本催化剂。
本发明提供的催化剂，用于净化柴油车排放的尾气污染，能将尾气中的碳烟燃烧为二氧化碳的温度降低到柴油车尾气的温度范围内。在该催化剂存在下，以模拟柴油车尾气为燃烧气氛能将碳烟的燃烧温度由600℃左右降低到250-400℃，基本上满足了现代柴油车排气的低温要求，是一种有用的促进柴油车尾气中碳烟燃烧的催化剂。
本发明提供的制备方法，具有方法简单，易于操作，适合于工业化生产等优点。
附图说明
图1为本发明催化剂的XRD衍射图谱，其中：当钾锰比例为0.05和0.1时，三氧化二锰和二氧化锰同时存在；当钾锰比例为0.2时，只
α-MnO2存在；当钾锰比例为0.5时，只
δ-MnO2存在；
图2为没有催化剂和在钾锰氧化物(K∶Mn＝0.2∶1)催化情况下的碳烟的燃烧曲线，其中：Tp代表碳烟的最高燃烧速度时的温度，在没有催化剂时碳烟的Tp＝596℃，在钾锰氧化物催化剂存在下碳烟的Tp＝345℃。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1
称取硝酸钾0.005摩尔、醋酸锰0.1摩尔，在研钵中混合均匀并研磨10分钟，然后放入马弗炉中，在600℃下焙烧5小时。
将上述得到的催化剂与碳烟颗粒按质量比10∶1混合，在研钵中搅拌均匀，放入固定床反应中。在1000ppmNO+5v％O2+He的气氛下以2℃/min的升温速率从200℃到碳烟完全烧完。用色谱记录CO2和CO的生成情况。CO2和CO生成浓度最大时温度对应为碳烟的最高燃烧速度时的温度Tp。在此催化剂下Tp＝384℃。
实施例2
称取硝酸钾0.01摩尔、醋酸锰0.1摩尔，在研钵中混合均匀并研磨10分钟，然后放入马弗炉中，在600℃下焙烧5小时。
按实施例1测量碳烟的燃烧情况，在此催化剂下Tp＝365℃。
实施例3
称取硝酸钾0.02摩尔、醋酸锰0.1摩尔，在研钵中混合均匀并研磨10分钟，然后放入马弗炉中，在600℃下焙烧5小时。
按实施例1测量碳烟的燃烧情况，在此催化剂下Tp＝345℃。
实施例4
称取硝酸钾0.05摩尔、醋酸锰0.1摩尔，在研钵中混合均匀并研磨10分钟，然后放入马弗炉中，在600℃下焙烧5小时。
按实施例1测量碳烟的燃烧情况，在此催化剂下Tp＝350℃。
实施例5
称取硝酸锂0.02摩尔、醋酸锰0.1摩尔，在研钵中混合均匀并研磨10分钟，然后放入马弗炉中，在600℃下焙烧5小时。
按实施例1测量碳烟的燃烧情况，在此催化剂下Tp＝424℃。
实施例6
称取硝酸钠0.02摩尔、醋酸锰0.1摩尔，在研钵中混合均匀并研磨10分钟，然后放入马弗炉中，在600℃下焙烧5小时。
按实施例1测量碳烟的燃烧情况，在此催化剂下Tp＝360℃。
实施例7
称取硝酸镧0.02摩尔、醋酸锰0.1摩尔，在研钵中混合均匀并研磨10分钟，然后放入马弗炉中，在600℃下焙烧5小时。
按实施例1测量碳烟的燃烧情况，在此催化剂下Tp＝360℃。
实施例8
称取硝酸钾0.02摩尔、醋酸锰0.1摩尔，在研钵中混合均匀并研磨10分钟，然后放入马弗炉中，在400℃下焙烧5小时。
按实施例1测量碳烟的燃烧情况，在此催化剂下Tp＝345℃。
实施例9
称取硝酸钾0.02摩尔、醋酸锰0.1摩尔，在研钵中混合均匀并研磨10分钟，然后放入马弗炉中，在500℃下焙烧5小时。
按实施例1测量碳烟的燃烧情况，在此催化剂下Tp＝345℃。
实施例10
称取硝酸钾0.02摩尔、醋酸锰0.1摩尔，在研钵中混合均匀并研磨10分钟，然后放入马弗炉中，在700℃下焙烧5小时。
按实施例1测量碳烟的燃烧情况，在此催化剂下Tp＝345℃。
实施例11
称取醋酸钾0.02摩尔、醋酸锰0.1摩尔，在研钵中混合均匀并研磨10分钟，然后放入马弗炉中，在600℃下焙烧5小时。
按实施例1测量碳烟的燃烧情况，在此催化剂下Tp＝345℃。
Claims (2)
1.一种降低碳烟颗粒燃烧温度的催化剂，其特征在于：该催化剂的活性成分为锰的氧化物,所述锰的氧化物为三氧化二锰，二氧化锰中至少一种;所述催化剂的辅助活性成分为碱金属或稀土金属;所述催化剂是通过如下具体步骤制备的：
（1）根据催化剂的组分及其摩尔比，称取醋酸锰和辅助活性成分的硝酸盐或醋酸盐固体；
（2）将称取的固体混合均匀，并研磨；
（3）将研磨得到的固体混合物于400-700℃在马弗炉中焙烧,得到本催化剂；
所述催化剂的辅助活性成分与锰的比例为0.05-0.5；
所述稀土金属为镧，铈中至少一种。
2.按照权利要求1所述降低碳烟颗粒燃烧温度的催化剂，其特征在于：所述碱金属为锂，钠，钾中至少一种。
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