CN104415744A - 多元镨基储氧材料Pr-Zr-Tb-Y-Sc的制备方法 - Google Patents

多元镨基储氧材料Pr-Zr-Tb-Y-Sc的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多元镨基储氧材料Pr-Zr-Tb-Y-Sc的制备方法。主要工艺过程如下：以镨锆铽钇钪的无水氯化物为原料，先制备金属环戊二烯基化合物，再采用溶胶凝胶法和溶剂抽提法制备Pr-Zr-Tb-Y-Sc复合氧化物前驱体，将前驱体置于600℃空气气氛中焙烧，得到Pr-Zr-Tb-Y-Sc复合氧化物储氧材料，本发明制备工艺简单，得到的粉体成分均一，省去了以往方法需要洗涤、过滤、干燥的步骤。该材料中Pr:Zr:Tb:Y:Sc的原子比为5:4:0.3~0.5:0.2~0.4:0.2~0.3，经1000℃老化处理4h后比表面积仍达50.2m2/g，在200℃温度下，其储氧量大于618μmolO2/g，具有优良的抗老化能力和储氧性能。另外，材料也能显著降低三效催化器在尾气催化转化中的起燃温度，并减少贵金属的用量。

Description

多元镨基储氧材料Pr-Zr-Tb-Y-Sc的制备方法
技术领域
本发明涉及储氧材料技术领域，具体来说涉及一种多元镨基储氧材料Pr-Zr-Tb-Y-Sc的制备方法。
背景技术
随着我国汽车保有量急剧增加，尾气对环境造成的污染也越来越严重。目前，使用三效催化剂是尾气处理最有效的方法。
储氧材料是三效催化剂的重要组成部分，是催化剂的活性、高温稳定性及贵金属用量的主要影响因素。它通过调节尾气中氧的含量，在一定程度上克服尾气净化时空燃比引起的波动，起到缓冲作用，可扩大操作窗口、提高尾气净化率。
随着排放标准的日益严格，对储氧材料的储氧能力和高温抗老化能力有了更高的要求，研发储氧量大、高温稳定性好的稀土氧化物储氧材料是三效催化剂新的发展方向。
CN100400156C报道了一种铈铝复合氧化物储氧材料及其制备方法，该材料主要由CeO2和γ-氧化铝组成，其中铈铝的原子比为2~7:3~8。其制备方法是将铈离子、铝离子与柠檬酸形成络合液，然后将络合液在80~150 ℃蒸干，260~300 ℃下热分解，最后在670~750℃下焙烧得到铈铝复合氧化物储氧材料，虽然该方法得到了储氧性能良好的储氧材料，但是其抗高温老化能力较差。 
CN 102580719 A报道了一种纳米铈锆固溶体及其制备方法，它由氧化铈、氧化锆和除铈锆以外的其它稀土氧化物组成的复合氧化物组成，其重量百分比为氧化铈：15-65%，氧化锆：12-70%和除铈锆以外其它稀土氧化物：10-30%；与现有的产品相比，它具有良好的抗高温老化能力，但是其低温储氧性能较差。 
CN 101484240 A报道了一种储氧材料，该储氧材料具备由铈锆复合氧化物或铈、铈以外的稀土元素及锆的复合氧化物构成的第一粒子、含有稀土元素、碱土元素及锆的复合氧化物的第二粒子和贵金属。部分贵金属与第二粒子含有的复合氧化物形成固溶体。该材料虽然性能较好，但是其制备工艺复杂，难以产业化。
本发明以镨锆铽钇钪的无水氯化物为原料，先制备金属环戊二烯基化合物，再采用溶胶凝胶法和溶剂抽提法制备Pr-Zr-Tb-Y-Sc复合氧化物前驱体，省去了以往方法需要洗涤、过滤、干燥的步骤，制备工艺简单，得到的粉体成分均一。
反应的原理如下：MCln + nNa(C5H5) → M(C5H5)n + nNaCl
                N(C5H5)n + nH2O → N(OH)n↓+ nC5H6
       MCln为镨锆铽钇钪的无水氯化物，N(C5H5)n为金属阳离子的混合溶液。
发明内容
随着排放标准的日益严格，对储氧材料的储氧能力和高温抗老化能力有了更高的要求。本发明提供一种多元镨基储氧材料Pr-Zr-Tb-Y-Sc的制备方法，该储氧材料具有优良的抗老化能力和储氧性能。另外，材料也能显著降低三效催化器在尾气催化转化中的起燃温度，并减少贵金属的用量。
本发明提供了一种多元镨基储氧材料Pr-Zr-Tb-Y-Sc的制备方法，该储氧材料主要由氧化镨、氧化锆、氧化铽、氧化钇和氧化钪组成。所述储氧材料中Pr:Zr:Tb:Y:Sc的原子比为5:4:0.3~0.5:0.2~0.4:0.2~0.3。
本发明提供的储氧材料制备方法主要包括以下工艺步骤：
（1）称取一定量的Pr、Zr、Tb、Y、Sc无水氯化物；
（2）将无水氯化物与环戊二烯基盐在有机溶剂中反应，反应后的混合物先蒸发除去溶剂，剩余的固体物质在200~250℃真空下升华，得到纯的金属环戊二烯基化合物； 
（3）将步骤（2）制备的金属环戊二烯基化合物按配比溶解于四氢呋喃溶剂中，混合均匀后加入四氢呋喃的水溶液，反应过程中加入少量乙醇作分散剂，反应结束后陈化一段时间；
（4）陈化结束后将溶液置于旋转蒸发仪上进行旋蒸，除去有机溶剂和环戊二烯等有机化合物后，剩下Pr-Zr-Tb-Y-Sc复合氧化物前驱体； 
（5）将前驱体置于600℃空气气氛中焙烧，得到Pr-Zr-Tb-Y-Sc复合氧化物储氧材料。
在本发明的工艺方法中，步骤（1）中所述Pr、Zr、Tb、Y、Sc无水氯化物的质量比为8:6:0.8~1.2:0.3~0.5:0.2~0.3。
在本发明的工艺方法中，步骤（2）中所述环戊二烯基盐为环戊二烯基钠、环戊二烯基钾中的一种；所述有机溶剂为四氢呋喃、乙醚中的一种；无水氯化物与环戊二烯基盐的摩尔比为1:3。
在本发明的工艺方法中，步骤（3）中所述金属环戊二烯基化合物的摩尔配比为Pr:Zr:Tb:Y:Sc=5:4:0.3~0.5:0.2~0.4:0.2~0.3；四氢呋喃水溶液的浓度为2~8%；反应温度为室温；陈化时间4h。
本发明的优点是：制备工艺简单，得到的粉体成分均一，省去了以往方法需要洗涤、过滤、干燥的步骤。材料经1000℃老化处理4h后比表面积仍达50.2m2/g，在200℃温度下，其储氧量大于618μmolO2/g，具有优良的抗老化能力和储氧性能。另外，材料也能显著降低三效催化器在尾气催化转化中的起燃温度，并减少贵金属的用量。
附图说明
图1为实施例1所述Pr0.5Zr0.4Tb0.04Y0.04Sc0.02O2储氧材料老化前后的储氧量对比。图中横坐标为测试温度，纵坐标为储氧量值。
图2为实施例1所述Pr0.5Zr0.4Tb0.04Y0.04Sc0.02O2储氧材料与PrZrO储氧材料对C3H6起燃温度的影响。图中横坐标为老化时间，纵坐标为C3H6的起燃温度。
具体实施方式
实施例1
（1）称取16g无水三氯化镨、12g无水四氯化锆、1.6g无水三氯化铽、0.6g无水三氯化钇、0.4g无水氯化钪；（2）分别将无水三氯化镨、无水四氯化锆、无水三氯化铽、无水三氯化钇、无水氯化钪与5.28g、3.52g、0.53g、0.53g、0.35g环戊二烯基钠在四氢呋喃中反应，反应后混合物先蒸发除去溶剂，剩余的固体物质在250℃真空下升华，得到纯的金属环戊二烯基化合物；（3）将步骤（2）制备的金属环戊二烯基化合物按Pr:Zr:Tb:Y:Sc=5:4:0.3:0.2:0.2的配比溶解于四氢呋喃溶剂中，混合均匀后加入3%的四氢呋喃水溶液，反应过程中加入2ml乙醇作分散剂，反应结束后陈化4h；（4）陈化结束后将溶液置于旋转蒸发仪上进行旋蒸，得到Pr-Zr-Tb-Y-Sc复合氧化物前驱体；（5）将前驱体置于600℃空气气氛中焙烧，得到Pr-Zr-Tb-Y-Sc复合氧化物储氧材料。
实施例2
（1）称取16g无水三氯化镨、12g无水四氯化锆、2.1g无水三氯化铽、0.6g无水三氯化钇、0.6g无水氯化钪；（2）分别将无水三氯化镨、无水四氯化锆、无水三氯化铽、无水三氯化钇、无水氯化钪与5.28g、3.52g、0.71g、0.53g、0.53g环戊二烯基钠在四氢呋喃中反应，反应后混合物先蒸发除去溶剂，剩余的固体物质在250℃真空下升华，得到纯的金属环戊二烯基化合物；（3）将步骤（2）制备的金属环戊二烯基化合物按Pr:Zr:Tb:Y:Sc=5:4:0.4:0.3:0.3的配比溶解于四氢呋喃溶剂中，混合均匀后加入5%的四氢呋喃水溶液，反应过程中加入2ml乙醇作分散剂，反应结束后陈化4h；（4）陈化结束后将溶液置于旋转蒸发仪上进行旋蒸，得到Pr-Zr-Tb-Y-Sc复合氧化物前驱体；（5）将前驱体置于600℃空气气氛中焙烧，得到Pr-Zr-Tb-Y-Sc复合氧化物储氧材料。 

Claims (5)

1.一种多元镨基储氧材料Pr-Zr-Tb-Y-Sc的制备方法，该储氧材料主要由氧化镨、氧化锆、氧化铽、氧化钇和氧化钪组成。
2.其特征在于：
所述储氧材料中Pr:Zr:Tb:Y:Sc的原子比为5:4:0.3~0.5:0.2~0.4:0.2~0.3；
制备权利要求1所述的储氧材料的方法，包括以下步骤：
（1）称取一定量的Pr、Zr、Tb、Y、Sc无水氯化物；
（2）将无水氯化物与环戊二烯基盐在有机溶剂中反应，反应后的混合物先蒸发除去溶剂，剩余的固体物质在200~250℃真空下升华，得到纯的金属环戊二烯基化合物； 
（3）将步骤（2）制备的金属环戊二烯基化合物按配比溶解于四氢呋喃溶剂中，混合均匀后加入四氢呋喃的水溶液，反应过程中加入少量乙醇作分散剂，反应结束后陈化一段时间；
（4）陈化结束后将溶液置于旋转蒸发仪上进行旋蒸，除去有机溶剂和环戊二烯等有机化合物后，剩下Pr-Zr-Tb-Y-Sc复合氧化物前驱体； 
（5）将前驱体置于600℃空气气氛中焙烧，得到Pr-Zr-Tb-Y-Sc复合氧化物储氧材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤（1）中所述Pr、Zr、Tb、Y、Sc无水氯化物的质量比为8:6:0.8~1.2:0.3~0.5:0.2~0.3。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤（2）中所述环戊二烯基盐为环戊二烯基钠、环戊二烯基钾中的一种；所述有机溶剂为四氢呋喃、乙醚中的一种；无水氯化物与环戊二烯基盐的摩尔比为1:3。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤（3）中所述金属环戊二烯基化合物的摩尔配比为Pr:Zr:Tb:Y:Sc=5:4:0.3~0.5:0.2~0.4:0.2~0.3；四氢呋喃水溶液的浓度为2~8%；反应温度为室温；陈化时间4h。
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