CN103752338A - 用于净化柴油机尾气的氧化催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种净化柴油车尾气的氧化催化剂及其制备方法，属于催化技术领域。所述催化剂对柴油车尾气中的烃类和一氧化碳的转化率较高，并能氧化一氧化氮为二氧化氮。该催化剂以堇青石蜂窝陶瓷或铁铬铝金属蜂窝为基体，以钛硅铝复合氧化物和分子筛为涂层，以Pt或/和Pd为活性组分。催化剂分为两层，采用不同比例的Pt，Pd用量，以调节二氧化氮在尾气中的比例。所述氧化催化剂能够有效降柴油发动机尾气中气相的HC和CO，有效提高NO的氧化率，并具有较好的热稳定性。

Description

用于净化柴油机尾气的氧化催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种净化柴油车尾气的氧化催化剂及其制备方法，该催化剂涂层为内外双层结构，通过氧化作用降低柴油车尾气中的烃类和一氧化碳，并对一氧化氮有较高的氧化能力，属于催化技术领域。
背景技术
柴油机燃油效率高，动力性能稳定，且高空燃比工况条件下排放的气相烷烃和一氧化碳少。虽然如此，随着保有量的增加，其尾气对大气污染的影响也在加剧，近期国内频发的雾霾事件已经引起了大众广泛关注。柴油车排放的污染物中含有氮氧化物(NOx)，颗粒物(PM)以及未完全燃烧的一氧化碳(CO)和烃类(HC)。NOx主要包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。
通过催化作用将柴油车尾气中的烃类和一氧化碳氧化为二氧化碳和水的催化剂通常称为柴油车氧化催化剂(DOC)或催化净化器，安装在柴油发动机排气管中。一般该催化剂被涂覆在堇青石陶瓷或铁铬铝金属蜂窝载体孔道内壁上，活性组分一般为铂系贵金属，包括Pt或/和Pd等,而涂层主要是氧化硅和氧化铝等。除了转化气相HC和CO以外，催化剂涂层中含有的贵金属能够促进一氧化氮的氧化，生成二氧化氮。此外，催化剂设计还要考虑到催化剂的热稳定性。高温下，催化剂活性组分或载体的烧结会导致催化剂失活。活性组分的烧结是指活性位的晶粒聚集或晶粒长大，而载体的烧结是指载体孔道结构的坍塌导致气相污染物与催化剂活性位接触比例降低。
如CN101352682A公开了一种锆钛系氧化物柴油车用前置氧化催化剂的制备方法，该催化剂以Ti-Zr氧化物作涂层，以Pt、Pd和Rh作活性组分。该氧化催化剂大大降低了柴油车尾气中一氧化碳和碳氢化合物的起燃温度，并具有较高的水热稳定性。
如CN102631917A公开了一种硅铝系柴油车尾气净化氧化催化剂及其制备方法，该催化剂以大比表面积、具有一定酸性位及孔结构可调的硅铝复合氧化物为涂层材料，与活性组分Pt相结合后制备的催化剂，对柴油车尾气中的一氧化碳和碳氢化合物具有较高的转化效率。
随着排放法规愈发严格，对氧化型催化剂的催化性能要求也越来越高，如起燃温度，使用寿命等。目前对NO的氧化率也有更高的要求，通过DOC与催化型颗粒捕集器(CSF)或选择催化还原催化剂(SCR)配合使用可以提高贫燃发动机排放系统的整体性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种净化柴油车尾气的氧化催化剂及其制备方法，这种氧化催化剂对一氧化碳，碳氢以及一氧化氮具有较好的氧化能力，在柴油车的排放范围内可以获得较高的催化活性，同时也有较好的热稳定性。
按照本发明提供的技术方案，一种用于净化柴油机尾气的氧化催化剂的制备方法，制备步骤如下：
（1）第一涂层浆液的制备：按钛-硅-铝复合氧化物︰水质量比为4-6:3取物料，搅拌均匀，形成浆液；用球磨工艺处理所述浆液，控制颗粒度D90在5-15μm，制得第一涂层浆液；
（2）第一贵金属溶液的制备：在步骤（1）所得第一涂层浆液中加入贵金属；其中贵金属铂︰贵金属钯︰第一涂层浆液质量比为4:1-10:30-50，搅拌均匀，得到第一贵金属溶液；
（3）催化剂载体的制备：取载体浸渍在步骤（2）制得的第一贵金属溶液中，浸泡0.5-1min后取出；用压缩空气吹扫0.5-2min，将载体内部的孔道吹通，在115-125℃下干燥7-9h；最后在450-550℃焙烧1-3h，冷却至室温待用；
（4）第二涂层浆液的制备：按钛-硅-铝复合氧化物︰分子筛︰水质量比为5:2:12-15取物料，搅拌均匀，形成浆液；用球磨工艺处理所述浆液，控制颗粒度D90<10μm，制得第二涂层浆液；
（5）第二贵金属溶液的制备：在步骤（4）所得第二涂层浆液中加入贵金属；其中贵金属铂︰第二涂层浆液质量比为4:25-55；搅拌均匀，得到第二贵金属溶液；
（6）催化剂的制备：取步骤（3）制得的催化剂载体浸渍在步骤（5）制备的第二贵金属溶液中，浸泡0.5-1min后取出；用压缩空气吹扫2-3min将载体内部的孔道吹通，在115-125℃下干燥7-9h；最后在450-550℃焙烧1-3h，即得到用于净化柴油机尾气的氧化催化剂。
步骤（1）和步骤（4）所述钛-硅-铝复合氧化物通过在钛-硅复合氧化物上利用等体积浸渍法负载铝形成；所述钛-硅复合氧化物由硫酸氧钛和硅溶胶采用共沉淀法制备而成。
所述钛-硅复合氧化物中，二氧化钛与二氧化硅的质量比为8-10:2。
步骤（4）所述分子筛为β分子筛。
步骤（3）所述载体为堇青石蜂窝陶瓷或者铁铬铝金属蜂窝，孔密度在100-600目/平方英寸。
所述用于净化柴油机尾气的氧化催化剂上的涂层分为内外两层，包括复合氧化物与分子筛；
所述复合氧化物包括钛-硅-铝复合氧化物；所述分子筛为β分子筛；所用的贵金属为铂或/和钯；
在所述钛-硅-铝复合氧化物中，三氧化二铝与钛-硅复合氧化物的质量比为2-4:10。
所述涂层的涂覆量为140-160g/L，其中里层涂覆量为80-100g/L，外层涂覆量为50-70g/L，贵金属的涂覆量在3-5g/L，Pt与Pd的总质量比为1-4:1-2。
本发明的有益效果：涂覆在载体上的氧化催化剂涂层为内外分层结构，内层涂层由钛-硅-铝复合氧化物和贵金属Pt，Pd组成，Pt、Pd的质量比为1:4-4:1，外层涂层由钛-硅-铝复合氧化物，分子筛和贵金属Pt组成。所述氧化催化剂能够有效降柴油发动机尾气中气相的HC和CO，有效提高NO的氧化率，并具有较好的热稳定性。
具体实施方式
本发明不受以下实施例限制。
实施例1
催化剂由载体、涂层和贵金属三部分构成。催化剂载体为堇青石蜂窝陶瓷，体积为1.101L，孔密度为400目/平方英尺；涂层中含有钛-硅-铝复合氧化物和分子筛，涂层涂覆量为150克/升；所用的贵金属为铂或/和钯，总的贵金属涂覆量为3.9克/升，Pt与Pd质量比为1:2。
（1）第一涂层浆液的制备：按钛-硅-铝复合氧化物︰水质量比为4:3取物料，搅拌均匀，形成浆液；用球磨工艺处理所述浆液，控制颗粒度D90在5μm，制得第一涂层浆液；
（2）第一贵金属溶液的制备：在步骤（1）所得第一涂层浆液中加入贵金属；其中贵金属铂︰贵金属钯︰第一涂层浆液质量比为4:10:30，搅拌均匀，得到第一贵金属溶液；
（3）催化剂载体的制备：取载体浸渍在步骤（2）制得的第一贵金属溶液中，浸泡0.5min后取出；用压缩空气吹扫0.5min，将载体内部的孔道吹通，在115℃下干燥7h；最后在450℃焙烧3h，冷却至室温待用；
（4）第二涂层浆液的制备：按钛-硅-铝复合氧化物︰分子筛︰水质量比为5:2:12取物料，搅拌均匀，形成浆液；用球磨工艺处理所述浆液，控制颗粒度D90<10μm，制得第二涂层浆液；
（5）第二贵金属溶液的制备：在步骤（4）所得第二涂层浆液中加入贵金属；其中贵金属铂︰第二涂层浆液质量比为4:25；搅拌均匀，得到第二贵金属溶液；
（6）催化剂的制备：取步骤（3）制得的催化剂载体浸渍在步骤（5）制备的第二贵金属溶液中，浸泡0.5min后取出；用压缩空气吹扫3min将载体内部的孔道吹通，在115℃下干燥9h；最后在450℃焙烧3h，即得到产品用于净化柴油机尾气的氧化催化剂。
复合氧化物中二氧化钛与二氧化硅质量比为9:2。钛-硅-铝复合氧化物通过等体积浸渍法制备：将所述钛-硅复合氧化物投入其饱和吸附量的硝酸铝溶液中，并不停地搅拌；然后静置、烘干、焙烧。钛-硅-铝复合氧化物中三氧化二铝与钛-硅复合氧化物质量比为3:10。
实施例2
具体制备方法和活性测试与实例1基本相同，不同之处在于总的贵金属涂覆量中Pt:Pd质量比为1:1。
实施例3
具体制备方法和活性测试与实例1基本相同，不同之处在于总的贵金属涂覆量中Pt:Pd质量比为2:1。
实施例4
具体制备方法和活性测试与实例1基本相同，不同之处在于总的贵金属涂覆量中Pt:Pd质量比为3:1。
实施例5
具体制备方法和活性测试与实例1基本相同，不同之处在于总的贵金属涂覆量中Pt:Pd质量比为4:1。
将催化剂样品进行整车转鼓排放评价。催化剂尺寸为118.4*100mm，体积1.101L。催化剂先在马弗炉中800℃中焙烧16h，老化后将催化剂封装并安装在一整车上，发动机排量为1.8L，进行NEDC测试，采集915-970s(对应整车时速50公里/小时)的NOx，CO和HC浓度，NO2，CO和HC的转化率见表1。
表1柴油车转鼓试验结果
实施例6
一种用于净化柴油机尾气的氧化催化剂的制备方法，制备步骤如下：
（1）第一涂层浆液的制备：按钛-硅-铝复合氧化物︰水质量比为6:3取物料，搅拌均匀，形成浆液；用球磨工艺处理所述浆液，控制颗粒度D90在15μm，制得第一涂层浆液；
（2）第一贵金属溶液的制备：在步骤（1）所得第一涂层浆液中加入贵金属；其中贵金属铂︰贵金属钯︰第一涂层浆液质量比为4:1:50，搅拌均匀，得到第一贵金属溶液；
（3）催化剂载体的制备：取载体浸渍在步骤（2）制得的第一贵金属溶液中，浸泡1min后取出；用压缩空气吹扫2min，将载体内部的孔道吹通，在125℃下干燥7h；最后在550℃焙烧1h，冷却至室温待用；
（4）第二涂层浆液的制备：按钛-硅-铝复合氧化物︰分子筛︰水质量比为5:2:15取物料，搅拌均匀，形成浆液；用球磨工艺处理所述浆液，控制颗粒度D90<10μm，制得第二涂层浆液；
（5）第二贵金属溶液的制备：在步骤（4）所得第二涂层浆液中加入贵金属；其中贵金属铂︰第二涂层浆液质量比为4:55；搅拌均匀，得到第二贵金属溶液；
（6）催化剂的制备：取步骤（3）制得的催化剂载体浸渍在步骤（5）制备的第二贵金属溶液中，浸泡1min后取出；用压缩空气吹扫3min将载体内部的孔道吹通，在115℃下干燥9h；最后在550℃焙烧1h，即得到产品用于净化柴油机尾气的氧化催化剂。
步骤（1）和步骤（4）所述钛-硅-铝复合氧化物通过在钛-硅复合氧化物上利用等体积浸渍法负载铝形成；所述钛-硅复合氧化物由硫酸氧钛和硅溶胶采用共沉淀法制备而成。
所述钛-硅复合氧化物中，二氧化钛与二氧化硅的质量比为10:2。
步骤（4）所述分子筛为β分子筛。
步骤（3）所述载体为堇青石蜂窝陶瓷或者铁铬铝金属蜂窝，孔密度在100-600目/平方英寸。
所述用于净化柴油机尾气的氧化催化剂上的涂层分为内外两层，包括复合氧化物与分子筛；
所述复合氧化物包括钛-硅-铝复合氧化物；所述分子筛为β分子筛；所用的贵金属为铂或/和钯；
在所述钛-硅-铝复合氧化物中，三氧化二铝与钛-硅复合氧化物的质量比为2-4:10。
所述涂层的涂覆量为160g/L，其中里层涂覆量为100g/L，外层涂覆量为70g/L，贵金属的涂覆量在5g/L，Pt与Pd的总质量比为3:2。
实施例7
一种用于净化柴油机尾气的氧化催化剂的制备方法，制备步骤如下：
（1）第一涂层浆液的制备：按钛-硅-铝复合氧化物︰水质量比为5:3取物料，搅拌均匀，形成浆液；用球磨工艺处理所述浆液，控制颗粒度D90在5-15μm，制得第一涂层浆液；
（2）第一贵金属溶液的制备：在步骤（1）所得第一涂层浆液中加入贵金属；其中贵金属铂︰贵金属钯︰第一涂层浆液质量比为4:5:40，搅拌均匀，得到第一贵金属溶液；
（3）催化剂载体的制备：取载体浸渍在步骤（2）制得的第一贵金属溶液中，浸泡0.8min后取出；用压缩空气吹扫1min，将载体内部的孔道吹通，在120℃下干燥8h；最后在500℃焙烧2h，冷却至室温待用；
（4）第二涂层浆液的制备：按钛-硅-铝复合氧化物︰分子筛︰水质量比为5:2:14取物料，搅拌均匀，形成浆液；用球磨工艺处理所述浆液，控制颗粒度D90<10μm，制得第二涂层浆液；
（5）第二贵金属溶液的制备：在步骤（4）所得第二涂层浆液中加入贵金属；其中贵金属铂︰第二涂层浆液质量比为4:35；搅拌均匀，得到第二贵金属溶液；
（6）催化剂的制备：取步骤（3）制得的催化剂载体浸渍在步骤（5）制备的第二贵金属溶液中，浸泡0.8min后取出；用压缩空气吹扫2.5min将载体内部的孔道吹通，在120℃下干燥8h；最后在500℃焙烧2h，即得到产品用于净化柴油机尾气的氧化催化剂。
步骤（1）和步骤（4）所述钛-硅-铝复合氧化物通过在钛-硅复合氧化物上利用等体积浸渍法负载铝形成；所述钛-硅复合氧化物由硫酸氧钛和硅溶胶采用共沉淀法制备而成。
所述钛-硅复合氧化物中，二氧化钛与二氧化硅的质量比为9:2。
步骤（4）所述分子筛为β分子筛。
步骤（3）所述载体为堇青石蜂窝陶瓷或者铁铬铝金属蜂窝，孔密度在100-600目/平方英寸。
所述用于净化柴油机尾气的氧化催化剂上的涂层分为内外两层，包括复合氧化物与分子筛；
所述复合氧化物包括钛-硅-铝复合氧化物；所述分子筛为β分子筛；所用的贵金属为铂或/和钯；
在所述钛-硅-铝复合氧化物中，三氧化二铝与钛-硅复合氧化物的质量比为3:10。
所述所述涂层的涂覆量为150g/L，其中里层涂覆量为90g/L，外层涂覆量为60g/L，贵金属的涂覆量在4g/L，Pt与Pd的总质量比为3:1。

Claims (7)

1.一种用于净化柴油机尾气的氧化催化剂的制备方法，其特征是制备步骤如下：
（1）第一涂层浆液的制备：按钛-硅-铝复合氧化物︰水质量比为4-6:3取物料，搅拌均匀，形成浆液；用球磨工艺处理所述浆液，控制颗粒度D90在5-15μm，制得第一涂层浆液；
（2）第一贵金属溶液的制备：在步骤（1）所得第一涂层浆液中加入贵金属；其中贵金属铂︰贵金属钯︰第一涂层浆液的质量比为4:1-10:30-50，搅拌均匀，得到第一贵金属溶液；
（3）催化剂载体的制备：取载体浸渍在步骤（2）制得的第一贵金属溶液中，浸泡0.5-1min后取出；用压缩空气吹扫0.5-2min，将载体内部的孔道吹通，在115-125℃下干燥7-9h；最后在450-550℃焙烧1-3h，冷却至室温待用；
（4）第二涂层浆液的制备：按钛-硅-铝复合氧化物︰分子筛︰水质量比为5:2:12-15取物料，搅拌均匀，形成浆液；用球磨工艺处理所述浆液，控制颗粒度D90<10μm，制得第二涂层浆液；
（5）第二贵金属溶液的制备：在步骤（4）所得第二涂层浆液中加入贵金属；其中贵金属铂︰第二涂层浆液质量比为4:25-55；搅拌均匀，得到第二贵金属溶液；
（6）催化剂的制备：取步骤（3）制得的催化剂载体浸渍在步骤（5）制备的第二贵金属溶液中，浸泡0.5-1min后取出；用压缩空气吹扫2-3min，将载体内部的孔道吹通，在115-125℃下干燥7-9h；最后在450-550℃焙烧1-3h，即得到用于净化柴油机尾气的氧化催化剂。
2.如权利要求1所述用于净化柴油机尾气的氧化催化剂的制备方法，其特征是：步骤（1）和步骤（4）所述钛-硅-铝复合氧化物通过在钛-硅复合氧化物上利用等体积浸渍法负载铝形成；所述钛-硅复合氧化物由硫酸氧钛和硅溶胶采用共沉淀法制备而成。
3.如权利要求2所述用于净化柴油机尾气的氧化催化剂的制备方法，其特征是：所述钛-硅复合氧化物中，二氧化钛与二氧化硅的质量比为8-10:2。
4.如权利要求1所述用于净化柴油机尾气的氧化催化剂，其特征是：步骤（4）所述分子筛为β分子筛。
5.如权利要求1所述用于净化柴油机尾气的氧化催化剂的制备方法，其特征是：步骤（3）所述载体为堇青石蜂窝陶瓷或者铁铬铝金属蜂窝，孔密度在100-600目/平方英寸。
6.如权利要求1所述用于净化柴油机尾气的氧化催化剂的制备方法，其特征是：所述用于净化柴油机尾气的氧化催化剂上的涂层分为内外两层，包括复合氧化物与分子筛；
所述复合氧化物包括钛-硅-铝复合氧化物；所述分子筛为β分子筛；所用的贵金属为铂或/和钯；
在所述钛-硅-铝复合氧化物中，三氧化二铝与钛-硅复合氧化物的质量比为2-4:10。
7.如权利要求6所述用于净化柴油机尾气的氧化催化剂的制备方法，其特征是：所述涂层的涂覆量为140-160g/L，其中里层涂覆量为80-100g/L，外层涂覆量为50-70g/L，贵金属的涂覆量在3-5g/L，Pt与Pd的总质量比为1-4:1-2。
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