CN105688932B - 一种车用柴油机尾气NOx、CO、HC净化催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种车用柴油机尾气NOx、CO、HC净化催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车用柴油机尾气NOx、CO、HC净化催化剂及其制备方法,其特征在于该催化剂以Mn‑Mo‑W‑Ox复合氧化物为催化剂活性组分,以Co、Fe、Ni、Cu、La、Nd、Zr或Y氧化物中一种或几种为助催化剂,以Ti‑Si‑Oy复合氧化物为载体;其中以载体质量为基准,催化活性组分质量百分含量为5%~18%,助催化剂质量百分含量为0.1%~8%;其制备方法是将饱和的锰钼钨复合离子液,助催化离子溶液,钛白粉,粘土,有机成型剂一起搅拌均匀、混炼、陈腐、挤出成型,经干燥、焙烧制得整体式催化剂。该催化剂环境友好,低温SCR脱除NOx效率高,活性温度窗口宽范,催化氧化CO和HC效率高;成本低,机械强度高,抗震性能优良,制备工艺简单。优先适用于车用柴油机尾气NOx、CO及HC净化,亦适用于如船舶等其它移动源柴油机尾气净化处理。

Description

一种车用柴油机尾气NOx、CO、HC净化催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种车用柴油机NOx、CO、HC净化催化剂及其制备方法,属于环保催化材料和大气污染治理领域。
背景技术
由于柴油机功率大,能耗低,经济性能好,而且CO2的排放量比汽油机少20%~30%,因而在车用领域中起到了越来越重要的作用。据中国工业汽车协会统计,2009年全国柴油机销售306万台,2010年销售399万台,同比增长30.36%。
柴油机尾气中主要污染物有:氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和悬浮粒子(particulate matter;PM)。其中,NOx会促使光化学烟雾的形成,造成酸雨,增加对流层臭氧的浓度破坏植被等生态环境问题;此外,NOx还对各种纤维、橡胶、塑料、电子材料等具有不良影响。CO通过呼吸道进入人体后,会同血红蛋白结合,破坏血液中的氧交换机制,损害中枢神经,引起头痛、呕吐、昏迷和痴呆等症状,甚至死亡。未完全燃烧的HC会造成贫血、神经衰弱,引起呼吸困难并降低肺对传染病的抵抗力,且碳氢化合物中含有的多环芳烃有巨大的致癌作用,长期接触会诱发肺癌、胃癌和皮肤癌。2012年6月12日世界卫生组织专家认定柴油机尾气与石棉、砒霜等物质一样,具有高度致癌性。
世界各国为保护本国的生态环境,根据本国污染物的排放现状和控制排放水平的实际情况,都相继制定了排放标准和法规。例如于2013年在欧洲实施的欧标准,其重型柴油发动机氮氧化物排放只有欧I排放法规的6.25%。而EPA2010法规,更是将NOx的排放水平降到0.27g/kwh,成为目前全球要求最严格的排放法规。我国柴油机排放标准多参考欧洲排放标准。
选择性催化还原(SCR)技术因脱除NOx效率高,稳定性好,与降低油耗之间无直接矛盾,可以使用欧/欧/欧共用发动机试验平台等优点,已成为移动源柴油机尾气脱硝的主流技术和发展方向。目前,车用柴油机的核心技术仍主要掌握在国外相关厂家手中,研发自主知识产权的柴油机SCR脱硝协同脱除CO及CH催化剂成为我国移动源柴油机尾气净化的紧迫需求。
发明内容
本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种环保、无二次污染、低成本的车用柴油机尾气NOx、CO、HC净化催化剂。本发明的另一目的是提供上述催化剂的制备方法。
本发明的技术方案为:一种车用柴油机尾气NOx、CO、HC净化催化剂,其特征在于所述催化剂是以Mn-Mo-W-Ox复合氧化物为催化剂活性组分,以Co、Fe、Ni、Cu、La、Nd、Zr或Y氧化物中一种或几种为助催化剂,以Ti-Si-Oy复合氧化物为载体;其中以载体质量为基准,催化活性组分质量百分含量为5 % ~ 18 %,助催化剂质量百分含量为0.1 % ~ 8 %;所述的Mn-Mo-W-Ox催化活性组分中Mn、Mo与W元素摩尔比为1 :(0.01 ~ 0.1):(0.05 ~ 0.15);所述的Ti-Si-Oy载体中Ti与Si元素质量比为(1 ~20):1。
本发明还提供了上述的催化剂的制备方法,其具体步骤为:
(1)锰、钼、钨复合离子溶液的制备
以Mn、Mo与W元素摩尔比为1 :(0.01 ~ 0.1):(0.05 ~ 0.15),分别称取可溶性锰源试剂、钨源试剂和可溶性钼源试剂,将其溶解于酸溶液中,经搅拌均匀配制稳定的锰钼钨饱和溶液;
(2)助催化剂前驱体离子溶液制备
筛选并称取可溶性钴盐、铁盐、镍盐、铜盐、镧盐、钕盐、锆盐或钇盐中一种或几种溶解于酸性溶液中,经搅拌配制均匀稳定的助催化剂离子饱和溶液;
(3)钛、硅复合氧化物前驱体预处理
以Ti与Si元素质量比为(1 ~ 20):1,分别称取:钛白粉、粘土,干混均匀,得载体前驱体复合干粉;
(4)催化剂泥料制备与预处理
按照以载体质量为基准,催化活性组分质量百分含量为5 % ~ 18 %,助催化剂质量百分含量为0.1 % ~ 8 %,将步骤(1)制得的锰钼钨饱和溶液,步骤(2)制得的助催化剂离子饱和溶液,步骤(3)制得的载体前驱体复合干粉,以及有机成型剂倒入搅拌机中混合搅拌练泥,经捏合机反复捏合,泥料陈腐后,置入成型机中预挤,制备湿度均匀的催化剂泥料;
(5)催化剂成型、干燥、焙烧
将步骤(4)制得的催化剂泥料放入成型机中,经模具挤出成蜂窝状胚料,经干燥、焙烧,即制得整体式的车用柴油机尾气NOx、CO、HC净化催化剂。
优选步骤(1)中所述的可溶性锰源试剂为硝酸锰、氯化锰、硫酸锰或乙酸锰;所述的可溶性钼源试剂为钼酸铵;所述钨源试剂为钨酸铵、仲钨酸铵或偏钨酸铵。
优选步骤(2)中所述的钴盐为氯化钴、硝酸钴或硫酸钴;所述的铁盐为硝酸铁或氯化铁;所述的镍盐为硝酸镍或氯化镍;所述的铜盐为氯化铜、硝酸铜或醋酸铜;所述的镧盐为硝酸镧、氯化镧或醋酸镧;所述的钕盐为硝酸钕;所述的锆盐为氧氯化锆;所述的钇盐为硝酸钇或醋酸钇。
优选步骤(1)中所述的酸性溶液为柠檬酸、醋酸或磷酸的一种或多种,其质量浓度为0.1 ~ 1%;步骤(2)中所述的酸性溶液为盐酸或硝酸,其质量浓度0.1 ~ 1%。
优选步骤(4)中所述的有机成型剂为羧甲基纤维素、淀粉、糊精或羟丙基甲基纤维素的一种或几种;且有机成型剂的加入质量为载体质量的0.1 %~2 %。
优选步骤(4)中所述的陈腐时间为12~24h。
优选步骤(5)中所述的干燥方式为自然阴干或普通鼓风干燥箱干燥;自然阴干时,干燥时间30 ~ 70h;普通鼓风干燥箱干燥时,干燥温度为20 ~ 50℃,干燥时间2 ~ 8h。
优选步骤(5)中所述的焙烧温度为550 ~ 650℃,焙烧时间为2 ~ 5h。
有益效果:
本发明所制得的催化剂在GHSV=10000h-1,200 ~ 393℃的温度窗口范围内具有较好的脱硝活性;CO起燃温度200℃;HC起燃温度300℃,在550℃基本能够完全脱除。催化剂组分无毒、环境友好,机械强度高、抗震性能优良,热稳定性能良好,制备工艺简单,成本低。适用于汽车柴油机尾气NOx、CO、HC的净化处理。
附图说明
图1为实施例1所制备的催化剂同时脱除NOx、CO、HC活性变化曲线;
图2为实施例2所制备的催化剂同时脱除NOx、CO、HC活性变化曲线;
图3为实施例3所制备的催化剂同时脱除NOx、CO、HC活性变化曲线;
图4为实施例4所制备的催化剂同时脱除NOx、CO、HC活性变化曲线;
图5为实施例5所制备的催化剂同时脱除NOx、CO、HC活性变化曲线;
图6为实施例6所制备的催化剂同时脱除NOx、CO、HC活性变化曲线;
图7为实施例7所制备的催化剂同时脱除NOx、CO、HC活性变化曲线;
图8为实施例8所制备的催化剂同时脱除NOx、CO、HC活性变化曲线;
图9为实施例9所制备的催化剂同时脱除NOx、CO、HC活性变化曲线;
具体实施方式
实施例1
(1)锰、钼、钨复合离子溶液的制备
以Mn/Mo/W元素摩尔比为1 : 0.06 : 0.1,分别称取9.04g硝酸锰、0.27g六水合钼酸铵、0.67g偏钨酸铵,将其溶解于质量浓度为1%的柠檬酸溶液中,经搅拌均匀配制稳定的锰、钼、钨饱和溶液;
(2)助催化剂前躯体离子溶液制备
筛选并称取0.025g硝酸铁,将其溶解于1%的硝酸中,经搅拌配制均匀稳定的饱和溶液;
(3)钛、硅复合氧化物前驱体预处理
以Ti/Si元素质量比为9: 1,分别称取22.50g钛白粉、2.50g粘土,干混均匀;
(4)催化剂泥料的制备与预处理
按照催化剂载体/助催化剂/催化活性组分质量百分比为1 : 0.1% : 10%,将步骤(1)制得的锰钼钨饱和溶液,步骤(2)制得的助催化剂离子饱和溶液,步骤(3)制得的载体前躯体复合干粉,0.25g羧甲基纤维素倒入搅拌机中混合搅拌练泥,经捏合机反复捏合,放入20℃的恒温箱中陈腐24h,置入成型机中预挤,制备湿度均匀的催化剂泥料;
(5)催化剂成型、干燥、焙烧
将步骤(4)制得的催化剂泥料放入成型机中,经模具挤出成蜂窝状胚料,经自然阴干70h,再经550℃焙烧保温5h,即完成整体式复合氧化物催化剂。
(6)催化剂的评价系统
取6mL催化剂小样装入催化剂性能评价反应装置中,通入模拟气进行活性评价。模拟气体按照实测车用柴油机尾气组成,其组成如下:NO(935ppm)、CO(220ppm)、O2(12.00%)、C3H8(235ppm)、NH3(935ppm)其余为N2。气体的体积空速为10000h-1。所制得催化剂同时脱除NOx、CO、HC的活性变化曲线如图1所示。
所制得的催化剂在空速为10000h-1,NH3/NO摩尔比为1时,催化剂在260 ~ 410℃内,脱硝活性高于85%,催化剂在310℃时脱硝活性最佳,为93.62%。
实施例2
(1)锰、钼、钨复合溶液的制备
以Mn/Mo/W元素摩尔比为1 : 0.01 : 0.05,分别称取10.74g氯化锰、0.05g六水合钼酸铵、0.40g偏钨酸铵,将其溶解于质量浓度为1%的醋酸溶液中,经均匀搅拌配制稳定的锰、钼、钨饱和溶液;
(2)助催化剂前躯体离子溶液制备
筛选并称取0.125g氯化铁和0.125氯化镍,溶解于质量浓度为1%的盐酸溶液中,经搅拌均匀配置稳定的饱和溶液;
(3)钛、硅复合氧化物前驱体预处理
以Ti/Si元素质量比为10: 1,分别称取22.72g钛白粉、2.27g粘土,干混均匀;
(4)催化剂泥料的制备与预处理
按照催化剂载体/助催化剂/催化活性组分质量百分比为1 : 1% : 18%,将步骤(1)制得的锰钼钨饱和溶液,步骤(2)制得的助催化剂离子饱和溶液,步骤(3)制得的铝胶及载体前躯体复合干粉,0.3g羧甲基纤维素,倒入搅拌机中混合搅拌练泥,经捏合机反复捏合,放入20℃的恒温箱中陈腐22h,置入成型机中预挤,制备湿度均匀的催化剂泥料;
(5)催化剂成型、干燥、焙烧
将步骤(4)制得的催化剂泥料放入成型机中,经模具挤出成蜂窝状胚料,经鼓风干燥箱50℃保温6h干燥,再经650℃焙烧保温2h,即完成整体式复合氧化物催化剂。
(6)催化剂的评价系统
取6mL催化剂小样装入催化剂性能评价反应装置中,通入模拟气进行活性评价。模拟气体按照实测车用柴油机尾气组成,其组成如下:NO(935ppm)、CO(220ppm)、O2(12.00%)、C3H8(235ppm)、NH3(935ppm)其余为N2。气体的体积空速为10000h-1。所制得催化剂同时脱除NOx、CO、HC的活性变化曲线如图2所示。
所制的催化剂在空速为10000h-1,NH3/NO摩尔比为1时,催化剂在260 ~ 360℃内,脱硝活性高于87%,300 ~ 340℃,脱硝活性高于90%。
实施例3
(1)锰、钼、钨复合溶液的制备
以Mn/Mo/W元素摩尔比为1 : 0.01 : 0.1,分别称取9.62g乙酸锰、0.05g六水合钼酸铵、0.71g偏钨酸铵,将其溶解于质量浓度为0.5%的柠檬酸和0.5%的醋酸混合溶液(两者的体积比1:2)中,经均匀搅拌配制稳定的锰、钼、钨饱和溶液;
(2)助催化剂前躯体离子溶液制备
筛选并称取0.25g硝酸钇、0.125g的氧氯化锆和0.375硝酸钕,溶解于质量浓度为1%的硝酸溶液中,经搅拌均匀配置稳定的饱和溶液;
(3)钛、硅合氧化物前驱体预处理
以Ti/Si元素质量比为7: 1,分别称取21.88g钛白粉、3.12g粘土,干混均匀;
(4)催化剂泥料的制备与预处理
按照催化剂载体/助催化剂/催化活性组分质量百分比为1 : 3% : 16%,将步骤(1)制得的锰钼钨饱和溶液,步骤(2)制得的助催化剂离子饱和溶液,步骤(3)制得的铝胶及载体前躯体复合干粉,0.35g羧甲基纤维素,倒入搅拌机中混合搅拌练泥,经捏合机反复捏合,放入35℃的恒温箱中陈腐12h,置入成型机中预挤,制备湿度均匀的催化剂泥料;
(5)催化剂成型、干燥、焙烧
将步骤(4)制得的催化剂泥料放入成型机中,经模具挤出成蜂窝状胚料,经自然阴干36h,再经550℃焙烧保温4h,即完成整体式复合氧化物催化剂。
(6)催化剂的评价系统
取6mL催化剂小样装入催化剂性能评价反应装置中,通入模拟气进行活性评价。模拟气体按照实测车用柴油机尾气组成,其组成如下:NO(935ppm)、CO(220ppm)、O2(12.00%)、C3H8(235ppm)、NH3(935ppm)其余为N2。气体的体积空速为10000h-1。所制得催化剂同时脱除NOx、CO、HC的活性变化曲线如图3所示。
所制的催化剂在空速为10000h-1,NH3/NO摩尔比为1时,催化剂在230 ~ 360℃,脱硝活性高于85%;550℃时,CO脱除效率达44%;450℃时,HC脱除效率达88%。
实施例4
(1)锰、钼、钨复合溶液的制备
以Mn/Mo/W元素摩尔比为1 : 0.01 : 0.15,分别称取8.72g硫酸锰、0.04g六水合钼酸铵、0.97g偏钨酸铵,将其溶解于质量浓度为0.5%的柠檬酸和0.5%的醋酸混合溶液(体积比1:1)中,经均匀搅拌配制稳定的锰、钼、钨饱和溶液;
(2)助催化剂前躯体离子溶液制备
筛选并称取0.25g硫酸钴、0.25g的醋酸铜、0.5g醋酸镧和0.25硝酸钇,溶解于质量浓度为0.1%的硝酸溶液中,经搅拌均匀配置稳定的饱和溶液;
(3)钛、硅复合氧化物前驱体预处理
以Ti/Si元素质量比为5: 1,分别称取20.83g钛白粉、4.17g粘土,干混均匀;
(4)催化剂泥料的制备与预处理
按照催化剂载体/助催化剂/催化活性组分质量百分比为1 : 5% : 8%,将步骤(1)制得的锰钼钨饱和溶液,步骤(2)制得的助催化剂离子饱和溶液,步骤(3)制得的铝胶及载体前躯体复合干粉,0.25g羧甲基纤维素和0.25g羟丙基甲基纤维素倒入搅拌机中混合搅拌练泥,经捏合机反复捏合,放入25℃的恒温箱中陈腐20h泥料陈,置入成型机中预挤,制备湿度均匀的催化剂泥料;
(5)催化剂成型、干燥、焙烧
将步骤(4)制得的催化剂泥料放入成型机中,经模具挤出成蜂窝状胚料,经鼓风干燥箱35℃保温8h干燥,再经550℃焙烧保温2h,即完成整体式复合氧化物催化剂。
(6)催化剂的评价系统
取6mL催化剂小样装入催化剂性能评价反应装置中,通入模拟气进行活性评价。模拟气体按照实测车用柴油机尾气组成,其组成如下:NO(935ppm)、CO(220ppm)、O2(12.00%)、C3H8(235ppm)、NH3(935ppm)其余为N2。气体的体积空速为10000h-1。所制得催化剂同时脱除NOx、CO、HC的活性变化曲线如图4所示。
所制的催化剂在空速为10000h-1,NH3/NO摩尔比为1时,催化剂在300 ~ 330℃,脱硝活性高于80%,在450℃时,CO、C3H8脱除效率高于26%。
实施例5
(1)锰、钼、钨复合溶液的制备
以Mn/Mo/W元素摩尔比为1 : 0.1 : 0.05,分别称取9.51g硝酸锰、0.47g六水合钼酸铵、0.35g偏钨酸铵,将其溶解于质量浓度为0.5%的柠檬酸溶液中,经均匀搅拌配制稳定的锰、钼、钨饱和溶液;
(2)助催化剂前躯体离子溶液制备
筛选并称取0.25g硝酸钴、0.5g的硝酸镍、0.5g硝酸铜和0.5硝酸镧,溶解于质量浓度为1%的硝酸溶液中,经搅拌均匀配置稳定的饱和溶液;
(3)钛、硅复合氧化物前驱体预处理
以Ti/Si元素质量比为3: 1,分别称取18.75g钛白粉、6.25g粘土,干混均匀;
(4)催化剂泥料的制备与预处理
按照催化剂载体/助催化剂/催化活性组分质量百分比为1 : 7% : 12%,将步骤(1)制得的锰钼钨饱和溶液,步骤(2)制得的助催化剂离子饱和溶液,步骤(3)制得的铝胶及载体前躯体复合干粉,0.15羧甲基纤维素,0.2羟丙基甲基纤维素倒入搅拌机中混合搅拌练泥,经捏合机反复捏合,放入28℃的恒温箱中陈腐18h,置入成型机中预挤,制备湿度均匀的催化剂泥料;
(5)催化剂成型、干燥、焙烧
将步骤(4)制得的催化剂泥料放入成型机中,经模具挤出成蜂窝状胚料,经鼓风干燥箱35℃保温2h干燥,再经600℃焙烧保温2h,即完成整体式复合氧化物催化剂。
(6)催化剂的评价系统
取6mL催化剂小样装入催化剂性能评价反应装置中,通入模拟气进行活性评价。模拟气体按照实测车用柴油机尾气组成,其组成如下:NO(935ppm)、CO(220ppm)、O2(12.00%)、C3H8(235ppm)、NH3(935ppm)其余为N2。气体的体积空速为10000h-1。所制得催化剂同时脱除NOx、CO、HC的活性变化曲线如图5所示。
所制的催化剂在空速为10000h-1,NH3/NO摩尔比为1时,催化剂在330℃,达到最佳脱硝活性79%;在300~360℃温度范围内,NOx的脱除效率高于74%,随着温度升高,HC的脱除效率逐渐提高,550℃时HC的脱除效率最佳为40%。
实施例6
(1)锰、钼、钨复合溶液的制备
以Mn/Mo/W元素摩尔比为1 : 0.1 : 0.1,分别称取8.62g氯化锰、0.43g六水合钼酸铵、0.64g偏钨酸铵,将其溶解于质量浓度为0.5%的醋酸溶液中,经均匀搅拌配制稳定的锰、钼、钨饱和溶液;
(2)助催化剂前躯体离子溶液制备
筛选并称取0.5g氯化钴、0.75g的氯化铜和0.75g氯化镧,溶解于质量浓度为1%的盐酸溶液中,经搅拌均匀配置稳定的饱和溶液;
(3)钛、硅复合氧化物前驱体预处理
以Ti/Si元素质量比为10 : 1,分别称取22.73g钛白粉、2.27g粘土,干混均匀;
(4)催化剂泥料的制备与预处理
按照催化剂载体/助催化剂/催化活性组分质量百分比为1 : 8% : 5%,将步骤(1)制得的锰钼钨饱和溶液,步骤(2)制得的助催化剂离子饱和溶液,步骤(3)制得的铝胶及载体前躯体复合干粉,0.5g羧甲基纤维素倒入搅拌机中混合搅拌练泥,经捏合机反复捏合,放入30℃的恒温箱中陈腐15h,置入成型机中预挤,制备湿度均匀的催化剂泥料;
(5)催化剂成型、干燥、焙烧
将步骤(4)制得的催化剂泥料放入成型机中,经模具挤出成蜂窝状胚料,经鼓风干燥箱45℃保温4h干燥,再经600℃焙烧保温3h,即制得整体式复合氧化物催化剂。
(6)催化剂的评价系统
取6mL催化剂小样装入催化剂性能评价反应装置中,通入模拟气进行活性评价。模拟气体按照实测车用柴油机尾气组成,其组成如下:NO(935ppm)、CO(220ppm)、O2(12.00%)、C3H8(235ppm)、NH3(935ppm)其余为N2。气体的体积空速为10000h-1。所制得催化剂同时脱除NOx、CO、HC的活性变化曲线如图6所示。
所制的催化剂在空速为10000h-1,NH3/NO摩尔比为1时,催化剂在310 ~ 360℃,脱硝活性高于78%,在330℃时,NOx脱除效果最佳,为81%;随着温度升高,催化剂的CO和HC脱除效率均有所提高,550℃时,CO最佳脱除效果为50%,此时,催化剂的HC脱除效率也达到最佳值,为71%。
实施例7
(1)锰、钼、钨复合溶液的制备
以Mn/Mo/W元素摩尔比为1 : 0.1 : 0.15,分别称取7.89g氯化锰、0.39g六水合钼酸铵、0.88g偏钨酸铵,将其溶解于质量浓度为0.5%的醋酸溶液中,经均匀搅拌配制稳定的锰、钼钨饱和溶液;
(2)助催化剂前躯体离子溶液制备
筛选并称取0.5g氯化钴、0.75g的氯化铜和0.75g氯化镧,溶解于质量浓度为1%的盐酸溶液中,经搅拌均匀配置稳定的饱和溶液;
(3)钛、硅复合氧化物前驱体预处理
以Ti/Si元素质量比为1 : 1,分别称取12.50g钛白粉、12.50g粘土,干混均匀;
(4)催化剂泥料的制备与预处理
按照催化剂载体/助催化剂/催化活性组分质量百分比为1 : 8% : 5%,将步骤(1)制得的锰钼钨饱和溶液,步骤(2)制得的助催化剂离子饱和溶液,步骤(3)制得的铝胶及载体前躯体复合干粉,0.5g羧甲基纤维素倒入搅拌机中混合搅拌练泥,经捏合机反复捏合,放入30℃的恒温箱中陈腐15h,置入成型机中预挤,制备湿度均匀的催化剂泥料;
(5)催化剂成型、干燥、焙烧
将步骤(4)制得的催化剂泥料放入成型机中,经模具挤出成蜂窝状胚料,经鼓风干燥箱45℃保温4h干燥,再经600℃焙烧保温4h,即制得整体式复合氧化物催化剂。
(6)催化剂的评价系统
取6mL催化剂小样装入催化剂性能评价反应装置中,通入模拟气进行活性评价。模拟气体按照实测车用柴油机尾气组成,其组成如下:NO(935ppm)、CO(220ppm)、O2(12.00%)、C3H8(235ppm)、NH3(935ppm)其余为N2。气体的体积空速为10000h-1。所制得催化剂同时脱除NOx、CO、HC的活性变化曲线如图7所示。
所制的催化剂在空速为10000h-1,NH3/NO摩尔比为1时,催化剂在360℃时脱硝活性最佳,为40%;随着温度升高,催化剂的CO和HC脱除效率均有所提高,550℃时,CO脱除效率最佳,为32%,HC脱除效率为16%。
实施例8
(1)锰、钼、钨复合溶液的制备
以Mn/Mo/W元素摩尔比为1 : 0.06 : 0.1,分别称取9.04g硝酸锰、0.27g六水合钼酸铵、0.67g偏钨酸铵,将其溶解于质量浓度为0.1%的柠檬酸溶液中,经搅拌均匀配制稳定的锰、钼、钨饱和溶液;
(2)助催化剂前躯体离子溶液制备
筛选并称取0.5g氯化钴、0.75g的氯化铜和0.75g氯化镧,溶解于质量浓度为1%的盐酸溶液中,经搅拌均匀配置稳定的饱和溶液;
(3)钛、硅复合氧化物前驱体预处理
以Ti/Si元素质量比为20 : 1,分别称取23.81g钛白粉、1.19g粘土,干混均匀;
(4)催化剂泥料的制备与预处理
按照催化剂载体/助催化剂/催化活性组分质量百分比为1 : 8% : 12%,将步骤(1)制得的锰钼钨饱和溶液,步骤(2)制得的助催化剂离子饱和溶液,步骤(3)制得的铝胶及载体前躯体复合干粉,0.5g羧甲基纤维素倒入搅拌机中混合搅拌练泥,经捏合机反复捏合,放入30℃的恒温箱中陈腐15h,置入成型机中预挤,制备湿度均匀的催化剂泥料;
(5)催化剂成型、干燥、焙烧
将步骤(4)制得的催化剂泥料放入成型机中,经模具挤出成蜂窝状胚料,经鼓风干燥箱45℃保温4h干燥,再经650℃焙烧保温3h,即制得整体式复合氧化物催化剂。
(6)催化剂的评价系统
取6mL催化剂小样装入催化剂性能评价反应装置中,通入模拟气进行活性评价。模拟气体按照实测车用柴油机尾气组成,其组成如下:NO(935ppm)、CO(220ppm)、O2(12.00%)、C3H8(235ppm)、NH3(935ppm)其余为N2。气体的体积空速为10000h-1。所制得催化剂同时脱除NOx、CO、HC的活性变化曲线如图8所示。
所制的催化剂在空速为10000h-1,NH3/NO摩尔比为1时,催化剂在360℃时脱硝活性最佳,为97.9%;随着温度升高,催化剂的CO和HC脱除效率均有所提高,550℃时,CO脱除效率最佳,为70.1%,HC脱除效率为93.47%。
实施例9
(1)锰、钼、钨复合溶液的制备
以Mn/Mo/W元素摩尔比为1 : 0.06 : 0.1,分别称取9.04g硝酸锰、0.27g六水合钼酸铵、0.67g偏钨酸铵,将其溶解于质量浓度为0.1%的柠檬酸+0.4%的磷酸复合酸溶液中(体积比为1:1),经搅拌均匀配制稳定的锰、钼钨、饱和溶液;
(2)助催化剂前躯体离子溶液制备
筛选并称取0.5g氯化钴、0.75g的氯化铜和0.75g氯化镧,溶解于质量浓度为1%的盐酸溶液中,经搅拌均匀配置稳定的饱和溶液;
(3)钛、硅复合氧化物前驱体预处理
以Ti/Si元素质量比为20 : 1,分别称取23.81g钛白粉、1.19g粘土,干混均匀;
(4)催化剂泥料的制备与预处理
按照催化剂载体/助催化剂/催化活性组分质量百分比为1 : 8% : 12%,将步骤(1)制得的锰钼钨饱和溶液,步骤(2)制得的助催化剂离子饱和溶液,步骤(3)制得的铝胶及载体前躯体复合干粉,0.5g羧甲基纤维素倒入搅拌机中混合搅拌练泥,经捏合机反复捏合,放入30℃的恒温箱中陈腐15h,置入成型机中预挤,制备湿度均匀的催化剂泥料;
(5)催化剂成型、干燥、焙烧
将步骤(4)制得的催化剂泥料放入成型机中,经模具挤出成蜂窝状胚料,经鼓风干燥箱45℃保温4h干燥,再经550℃焙烧保温3h,即制得整体式复合氧化物催化剂。
(6)催化剂的评价系统
取6mL催化剂小样装入催化剂性能评价反应装置中,通入模拟气进行活性评价。模拟气体按照实测车用柴油机尾气组成,其组成如下:NO(935ppm)、CO(220ppm)、O2(12.00%)、C3H8(235ppm)、NH3(935ppm)其余为N2。气体的体积空速为10000h-1。所制得催化剂同时脱除NOx、CO、HC的活性变化曲线如图9所示。
所制的催化剂在空速为10000h-1,NH3/NO摩尔比为1时,催化剂在360℃时脱硝活性最佳,为98.46%;随着温度升高,催化剂的CO和HC脱除效率均有所提高,550℃时,CO脱除效率最佳,为70.1%,HC脱除效率为93.47%。

Claims (8)

1.一种车用柴油机尾气NOx、CO、HC净化催化剂,其特征在于所述催化剂是以Mn-Mo-W-Ox复合氧化物为催化剂活性组分,以Co、Fe、Ni、Cu、La、Nd、Zr或Y氧化物中一种或几种为助催化剂,以Ti-Si-Oy复合氧化物为载体;其中以载体质量为基准,催化活性组分质量百分含量为5 % ~ 18 %,助催化剂质量百分含量为0.1 % ~ 8 %;所述的Mn-Mo-W-Ox催化活性组分中Mn、Mo与W元素摩尔比为1 :(0.01 ~ 0.1):(0.05 ~ 0.15);所述的Ti-Si-Oy载体中Ti与Si元素质量比为(1 ~20):1,由以下方法制备得到,其具体步骤为:
(1)锰、钼、钨复合离子溶液的制备
以Mn、Mo与W元素摩尔比为1 :(0.01 ~ 0.1):(0.05 ~ 0.15),分别称取可溶性锰源试剂、钨源试剂和可溶性钼源试剂,将其溶解于酸溶液中,经搅拌均匀配制稳定的锰钼钨饱和溶液;
(2)助催化剂前驱体离子溶液制备
筛选并称取可溶性钴盐、铁盐、镍盐、铜盐、镧盐、钕盐、锆盐或钇盐中一种或几种溶解于酸性溶液中,经搅拌配制均匀稳定的助催化剂离子饱和溶液;
(3)钛、硅复合氧化物前驱体预处理
以Ti与Si元素质量比为(1 ~ 20):1,分别称取:钛白粉、粘土,干混均匀,得载体前驱体复合干粉;
(4)催化剂泥料制备与预处理
按照以载体质量为基准,催化活性组分质量百分含量为5 % ~ 18 %,助催化剂质量百分含量为0.1 % ~ 8 %,将步骤(1)制得的锰钼钨饱和溶液,步骤(2)制得的助催化剂离子饱和溶液,步骤(3)制得的载体前驱体复合干粉,以及有机成型剂倒入搅拌机中混合搅拌练泥,经捏合机反复捏合,泥料陈腐后,置入成型机中预挤,制备湿度均匀的催化剂泥料;
(5)催化剂成型、干燥、焙烧
将步骤(4)制得的催化剂泥料放入成型机中,经模具挤出成蜂窝状胚料,经干燥、焙烧,即制得整体式的车用柴油机尾气NOx、CO、HC净化催化剂。
2.根据权利要求1所述的车用柴油机尾气NOx、CO、HC净化催化剂,其特征在于步骤(1)中所述的可溶性锰源试剂为硝酸锰、氯化锰、硫酸锰或乙酸锰;所述的可溶性钼源试剂为钼酸铵;所述钨源试剂为钨酸铵、仲钨酸铵或偏钨酸铵。
3.根据权利要求1所述的车用柴油机尾气NOx、CO、HC净化催化剂,其特征在于步骤(2)中所述的钴盐为氯化钴、硝酸钴或硫酸钴;所述的铁盐为硝酸铁或氯化铁;所述的镍盐为硝酸镍或氯化镍;所述的铜盐为氯化铜、硝酸铜或醋酸铜;所述的镧盐为硝酸镧、氯化镧或醋酸镧;所述的钕盐为硝酸钕;所述的锆盐为氧氯化锆;所述的钇盐为硝酸钇或醋酸钇。
4.根据权利要求1所述的车用柴油机尾气NOx、CO、HC净化催化剂,其特征在于步骤(1)中所述的酸性溶液为柠檬酸、醋酸或磷酸的一种或多种,其质量浓度为0.1 ~ 1%;步骤(2)中所述的酸性溶液为盐酸或硝酸,其质量浓度0.1 ~ 1%。
5.根据权利要求1所述的车用柴油机尾气NOx、CO、HC净化催化剂,其特征在于步骤(4)中所述的有机成型剂为羧甲基纤维素、淀粉、糊精或羟丙基甲基纤维素的一种或几种;且有机成型剂的加入质量为载体质量的0.1 %~2 %。
6.根据权利要求1所述的车用柴油机尾气NOx、CO、HC净化催化剂,其特征在于步骤(4)中所述的陈腐时间为12~24h。
7.根据权利要求1所述的车用柴油机尾气NOx、CO、HC净化催化剂,其特征在于步骤(5)中所述的干燥方式为自然阴干或普通鼓风干燥箱干燥;自然阴干时,干燥时间30 ~ 70h;普通鼓风干燥箱干燥时,干燥温度为20 ~ 50℃,干燥时间2 ~ 8h。
8.根据权利要求1所述的车用柴油机尾气NOx、CO、HC净化催化剂,其特征在于步骤(5)中所述的焙烧温度为550 ~ 650℃,焙烧时间为2 ~ 5h。
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