CN105772025B - 汽车尾气三元催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车尾气催化剂，具体说是汽车尾气三元催化剂的制备方法，其包括按质量分数将氧化锆、氧化铈粉混合球磨，然后加入氧化铝、氧化铁、氧化锰粉继续球磨，得到复合粉末；将复合粉末用去离子水配制成浆料，再将载体浸入烘干、焙烧，然后浸入氯化钯氨溶液中，取出干燥、焙烧、冷却；再将载体浸入硼氢化钾溶液中，然后用去离子水洗涤；接着将载体浸入由氯化钯、氨水、EDTA、水合肼和去离子水配制的溶液中反应，然后取出洗涤、干燥。本发明通过球磨使催化剂粉末颗粒细化，其晶粒尺寸达到纳米级；同时，添加铁、锰使得催化剂的活性得到改善；本发明还在载体上进行镀钯，不仅镀层均匀、致密，化学稳定性好，而且硬度高，润滑性性好。

Description

汽车尾气三元催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及汽车尾气催化剂，具体说是汽车尾气三元催化剂的制备方法。
背景技术
随着汽车保有量的增加，汽车向大气中排放的CO、HC、NOX越来越多。目前，许多国家已经对汽车尾气排放采取了严格的控制排放措施。因此汽车尾气的处理日益成为重要的课题。在现有技术中，对汽车尾气排放的控制是通过加装催化净化器来实现，而催化净化器的关键是催化剂。催化剂通常采用三层结构即由活性组分、活化涂层和载体组成。自稀土钙钛矿氧化物（PTO）用于尾气催化以来，由于它的A、B位可以取代而产生氧空位，同时该类催化剂对贵金属催化剂有较大的价格优势，使得该类催化剂成为了研究的热点。但，现有单一组分的PTO催化性能不佳、稳定性差，不能满足日益严峻的汽车尾气排放污染。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种性能稳定、成本较低的汽车尾气三元催化剂的制备方法。
本发明采用的技术方案为：汽车尾气三元催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
（1）按质量分数将氧化锆、氧化铈混合球磨，然后加入氧化铝、氧化铁、氧化锰继续球磨，得到复合粉末；
（2）将上述复合粉末用去离子水配制成浆料，再将预处理后的堇青石载体浸入浆料中，然后取出，并吹去孔道中多余的浆料，再进行烘干、焙烧；
（3）接着将载体浸入氯化钯氨溶液中，然后取出干燥、焙烧、冷却；
（4）再将载体浸入硼氢化钾溶液中反应，然后用去离子水洗涤；
（5）接着将载体浸入由氯化钯、氨水、EDTA、水合肼和去离子水配制的溶液中反应，然后取出洗涤、干燥。
作为优选，所述复合粉末中，氧化锆占4—8wt%，氧化铈占15—20wt%，氧化铁占2—3wt%，氧化锰占2—3wt%，余量为氧化铝。
作为优选，混合球磨时间为30—50h，继续球磨时间为20—40h。
作为优选，球磨采用180—220r/min的转速，球料比为（9—10）:1。
作为优选，步骤（2）中的浸入时间为2min，采用130℃干燥3h，600℃焙烧1h。
作为优选，步骤（3）中氯化钯氨溶液的浓度为1g/L,浸入时间为3h，采用120℃干燥4h，500℃焙烧2h。
作为优选，步骤（4）中的反应时间是20-30min。
作为优选，步骤（5）中的反应时间是20-30min，取出后用去离子水洗涤至中性，然后100℃干燥4h。
从以上技术方案可知，本发明通过球磨使催化剂粉末颗粒细化，其晶粒尺寸达到纳米级；同时，添加锰、铁使得催化剂的活性得到改善；本发明还在载体上进行镀钯，不仅镀层均匀、致密，化学稳定性好，而且硬度高，润滑性性好，抗磨损和抗擦伤能力强。
具体实施方式
下面将详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
汽车尾气三元催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
首先按质量分数将氧化锆、氧化铈混合球磨30—50h，再加入氧化铝、氧化铁，氧化锰粉继续球磨时间20—40h，得到复合粉末，其中氧化锆占4—8wt%，氧化铈占15—20wt%，氧化铁占2—3wt%，氧化锰占2—3wt%，余量为氧化铝；在球磨过程中采用180—220r/min的转速，（9—10）:1的球料比，这样可获得纳米级的复合粉末。在球磨过程中，由于氧化铝球磨会发生应力诱发的同素异构体相变，生成的α-Al2O3对催化性能不利，所以应在球磨氧化锆、氧化铈后再参与研磨；而氧化铁、氧化锰如在前期参与研磨，很难得获得纳米级颗粒。本发明先避开氧化铝而只球磨氧化锆、氧化铈到一定程度，然后添加氧化铝、氧化铁和氧化锰继续球磨，可使氧化锆完全固溶到氧化铈中，降低氧化铈的晶格常数，同时可使铁、锰高度弥散在氧化铈-氧化铈的固溶体中；因此，本球磨工艺不仅可获得氧化铈-氧化铈固溶体，而且可获得粒径达60—90nm的颗粒。
获得纳米级复合粉末后，用去离子水配制成浆料，再将预处理后的堇青石载体浸入浆料中，约1min后取出，并吹去孔道中多余的浆料，晾干后再浸入浆料中1min，然后130℃干燥3h、600℃焙烧1h，这样可在载体上获得均匀致密的浆料浸渍层。
浆料涂好以后，将载体浸入1g/L的氯化钯氨溶液中，磁力搅拌4h，使载体上吸附钯离子，然后取出，吹除多余溶液，晾干，采用120℃干燥4h，500℃焙烧2h，冷却；再将载体浸入硼氢化钾溶液中反应20-30min，使载体上吸附的钯离子还原为单质钯，然后用去离子水洗涤；接着将还原后的载体浸入由氯化钯、氨水、EDTA、水合肼和去离子水配制的溶液中反应20-30min，然后取出用去离子水洗涤至中性，最后晾干，100℃干燥4h，从而获得镀有单质钯的催化剂。
实施例1
按质量分数将氧化锆、氧化铈粉混合，采用180r/min的转速，9:1的球料比球磨30h，再加入氧化铝、氧化铁、氧化锰继续球磨时间20h，得到复合粉末，其中氧化锆占4wt%，氧化铈占15wt%，氧化铁占2wt%，氧化锰占2wt%，余量为氧化铝；接着用去离子水将复合粉末配制成浆料，然后将预处理后的堇青石载体浸入浆料中，约1min后取出，并吹去孔道中多余的浆料，晾干后再浸入浆料中1min，然后130℃干燥3h、600℃焙烧1h；浆料涂好以后，将载体浸入1g/L的氯化钯氨溶液中，磁力搅拌4h，然后取出，吹除多余溶液，晾干，采用120℃干燥4h，500℃焙烧2h，冷却；再将载体浸入硼氢化钾溶液中反应20min，然后用去离子水洗涤；接着将载体浸入由氯化钯、氨水、EDTA、水合肼和去离子水配制的溶液中反应20min，然后取出用去离子水洗涤至中性，最后晾干，100℃干燥4h，获得钯负载量为1g/L的催化剂；对该催化剂进行测试，其对CO、HC和NO的转化率达到98.6%，起燃温度在150—170℃之间。
实施例2
按质量分数将氧化锆、氧化铈粉混合，采用200r/min的转速，10:1的球料比球磨40h，再加入氧化铝继续球磨时间30h，得到复合粉末，其中氧化锆占6wt%，氧化铈占18wt%，氧化铁占2wt%，氧化锰占3wt%，余量为氧化铝；接着用去离子水将复合粉末配制成浆料，然后将预处理后的堇青石载体浸入浆料中，约1min后取出，并吹去孔道中多余的浆料，晾干后再浸入浆料中1min，然后130℃干燥3h、600℃焙烧1h；浆料涂好以后，将载体浸入1g/L的氯化钯氨溶液中，磁力搅拌4h，然后取出，吹除多余溶液，晾干，采用120℃干燥4h，500℃焙烧2h，冷却；再将载体浸入硼氢化钾溶液中反应25min，然后用去离子水洗涤；接着将载体浸入由氯化钯、氨水、EDTA、水合肼和去离子水配制的溶液中反应25min，然后取出用去离子水洗涤至中性，最后晾干，100℃干燥4h，获得钯负载量为2g/L的催化剂；对该催化剂进行测试，其对CO、HC和NO的转化率达到98.9%，起燃温度在130—150℃之间。
实施例3
按质量分数将氧化锆、氧化铈粉混合，采用220r/min的转速，10:1的球料比球磨50h，再加入氧化铝继续球磨时间40h，得到复合粉末，其中氧化锆占8wt%，氧化铈占20wt%，氧化铁占3wt%，氧化锰占3wt%，余量为氧化铝；接着用去离子水将复合粉末配制成浆料，然后将预处理后的堇青石载体浸入浆料中，约1min后取出，并吹去孔道中多余的浆料，晾干后再浸入浆料中1min，然后130℃干燥3h、600℃焙烧1h；浆料涂好以后，将载体浸入1g/L的氯化钯氨溶液中，磁力搅拌4h，然后取出，吹除多余溶液，晾干，采用120℃干燥4h，500℃焙烧2h，冷却；再将载体浸入硼氢化钾溶液中反应30min，然后用去离子水洗涤；接着将载体浸入由氯化钯、氨水、EDTA、水合肼和去离子水配制的溶液中反应30min，然后取出用去离子水洗涤至中性，最后晾干，100℃干燥4h，获得钯负载量为2g/L的催化剂；对该催化剂进行测试，其对CO、HC和NO的转化率达到98.5%，起燃温度在140—160℃之间。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.汽车尾气三元催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
（1）按质量分数将氧化锆、氧化铈混合球磨，然后加入氧化铝、氧化铁和氧化锰粉继续球磨，得到复合粉末；
（2）将上述复合粉末用去离子水配制成浆料，再将预处理后的堇青石载体浸入浆料中，然后取出，并吹去孔道中多余的浆料，再进行烘干、焙烧；
（3）接着将载体浸入氯化钯氨溶液中，然后取出干燥、焙烧、冷却；
（4）再将载体浸入硼氢化钾溶液中反应，然后用去离子水洗涤；
（5）接着将载体浸入由氯化钯、氨水、EDTA、水合肼和去离子水配制的溶液中反应，然后取出洗涤、干燥；所述复合粉末中，氧化锆占4—8wt%，氧化铈占15—20wt%，氧化铁占2—3wt%，氧化锰占2—3wt%，余量为氧化铝。
2.根据权利要求1所述汽车尾气三元催化剂的制备方法，其特征在于：混合球磨时间为30—50h，继续球磨时间为20—40h。
3.根据权利要求1所述汽车尾气三元催化剂的制备方法，其特征在于：球磨采用180—220r/min的转速，球料比为（9—10）:1。
4.根据权利要求1所述汽车尾气三元催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中的浸入时间为2min，采用130℃干燥3h，600℃焙烧1h。
5.根据权利要求1所述汽车尾气三元催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）中氯化钯氨溶液的浓度为1g/L,浸入时间为3h，采用120℃干燥4h，500℃焙烧2h。
6.根据权利要求1所述汽车尾气三元催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）中的反应时间是20-30min。
7.根据权利要求1所述汽车尾气三元催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（5）中的反应时间是20-30min，取出后用去离子水洗涤至中性，然后100℃干燥4h。
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