CN107213887A - 功能材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种制备功能材料的方法，包括以下步骤：S1、准备至少两种原始溶液，所述原始溶液中含有沉淀原料成分；所述沉淀原料成分包括储氧材料和/或高比表面材料；S2、同时、连续或间隔一端时间内，分别向所述原始溶液中加入沉淀剂，搅拌反应，沉淀；将多个加入沉淀剂的原始溶液混合，搅拌，得到沉淀悬浮液；或者，先将部分原始溶液加入沉淀剂反应；然后将沉淀反应后的料液转移到未加入沉淀剂的原始溶液中混合，再加入沉淀剂反应，直到全部原始溶液沉淀反应，得到沉淀悬浮液；S3、加入破坏悬浮液稳定的试剂，过滤，洗涤，烘干，焙烧得到混合组分功能材料。该混合组分材料的储氧量较高，抗高温老化性能好，可以用作排气污染物净化的功能材料。
Description
技术领域
本发明涉及用于排气污染物净化的功能材料的制备方法。材料组分可以为铈等稀土金属氧化物，也可含锆氧化物、铝氧化物、碱土金属氧化物、碱金属氧化物、钛氧化物、硅氧化物、过渡金属氧化物或以上组合的复合组分氧化物。
背景技术
汽车产业高速发展的同时，大气污染问题也随之而来。汽车主要气态污染物为CO、HC、NOx等。目前使用的尾气净化催化剂可以将CO、HC、NOx三种污染物转化为无毒无害的CO2、H2O和N2。
而催化剂中目前使用的催化功能材料主要有两种，一种为耐高温高比表面材料，另一种为储氧材料。常见的耐高温高比表面材料是活性Al2O3，可作为贵金属Pt-Pd-Rh的载体，由于其具有高比表面特点，可以很好的分散贵金属，使贵金属保持高活性态。储氧材料主要是CeO2-ZrO2基材料，也常用来负载Pt-Pd-Rh贵金属，其作用有：增加储氧性能，贫燃时存储氧，富燃时释放氧，以有效控制尾气中氧含量，使得CO、HC、NOx等保持较好的转化。
现在工业化生产中储氧材料和活性氧化铝常常是分开制备的，在催化剂制备过程中采用机械混合方法使用。对于传统的铈锆基储氧材料而言，其高温稳定性，尤其储氧量的耐久性非常重要。铈锆基储氧材料可能在1000-1100℃发生分相，导致材料的各项性能指标严重劣化，难以满足日益提高的寿命要求。
常见的储氧材料的制备方法有共沉淀法，水热法，溶胶凝胶法等，且材料的组成一般追求单一物相，分相便意味着结构发生了较大变化，也常常意味着储氧量等性能发生了恶化。而不同组分的CeO2-ZrO2基材料各有优劣，其组成的选择与催化剂的组成和应用环境密切相关。对于Pd和Pt而言，CeO2组分可以起到稳定活性组分的作用，从而抑制了PdPt的烧结，故PdPt倾向使用CeO2含量较高的储氧材料；对于Rh而言，由于Rh和CeO2会在高温水热下会发生反应生成CeRhO3，导致Rh被包埋，Rh分散度下降不利于催化剂性能。故Rh倾向使用CeO2含量低的储氧材料。因此对实际的Pd(Pt)-Rh催化剂，其基本组成中可能含有不同组成的储氧材料。另外低铈材料热稳定性较好，高铈材料储氧量较大。目前工业化生产的储氧材料一般都是单组分的固溶体材料，难以同时兼顾这两个方面的需求。
鉴于以上不足，提出了一种使用多组分的组合储氧材料制备技术。材料的表面和体相可以选择性为高铈或者低铈，尤其以丰田公司的报道较多。US7314846专利报道了包裹核壳结构的CeO2-ZrO2基材料比传统的沉淀法制备的材料更加适合作为Pt的载体材料，无论是Pt的分散度，比表面和HC起燃性能都有明显的提高。CN200580013422.1也报道了利用调节溶胶pH方法制备了不同CeO2含量的储氧材料，其储氧量和稳定性均有显著的改进，进而制备出了性能更好的Rh催化剂。
近年来，研究发现若可以直接制备CeO2-ZrO2-Al2O3基功能材料可以减少制备工艺降低成本，且由于CeO2-ZrO2和Al2O3的相互作用，使得材料的稳定性较好。但是用传统共沉淀法制备的CeO2-ZrO2-Al2O3中于CeO2-ZrO2和Al2O3的相互作用太强，导致出现了分相。
US6852665B2专利报道了一种制备CeO2-ZrO2-Al2O3复合功能材料的方法，制备了核壳结构的材料。优美科公司US7485599专利也报道了一种类似的沉淀法制备CeO2-Al2O3功能材料，制备的包裹型材料制备的Pd-Rh催化剂储性能和起燃性能均比传统的方法更好。但是以上专利中，由于沉淀过程中本体溶液随着沉淀的进行会发生变化，故制备的复合材料的均匀性难以保证。
丰田公司专利CN101124045报道了利用溶胶前驱体，通过调节pH使得Al、Ce等分先后顺序沉淀，从而制备出核壳结构的材料。然而溶胶前驱体的制备过程相对复杂，成本高，难以满足工业生产的要求。
丰田公司专利US6306794报道了一种共沉淀制备CeO2-ZrO2-Al2O3功能材料的方法，其可以获得分布均一的材料。与传统机械混合方法相比，所制备的PtRh催化剂的功能材料和净化效率都明显提高。
巴斯夫专利CN105307769A报道了一种CeO2-ZrO2-Al2O3基功能材料的制备方法，其将氧化铝前驱体与铈锆盐溶液混合然后用氨水沉淀制备了前驱体。与现有技术相比，制备的催化剂工艺更为简单。该材料可以使用于不同的分段Pd-Rh分层催化剂方案中，但是并没有给出催化剂具体的性能结果。
美国专利US20130274096报道了一种先沉淀制备第一组分Al2O3基氧化物材料，再浸渍铈锆等盐溶液得到CeO2-ZrO2-Al2O3基复合功能材料的方法。制备的材料用于单Pd催化剂。然而浸渍法制备的材料的耐久性仍然需要提高。
本专利采用一种简单的沉淀方法，规避了以上专利中的不足，可以分别实现对CeO2-ZrO2和Al2O3先后沉淀的过程的有效控制，制备的材料均匀性得到保证。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的耐高温、高比表面材料和储氧材料难以混合均匀，不利于催化剂性能提升的不足，提供一种功能材料及其制备方法。
本发明具体公开了一种混合有耐高温、高比表面积材料和储氧材料的功能材料的制备方法，该工艺具有简单、高效的特点，制备得到的功能材料性能优良、有效的克服了现有技术中存在的缺陷。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种制备功能材料的方法，包括以下步骤：
S1、准备至少两种原始溶液，所述原始溶液中含有沉淀原料成分。所述原始溶液作为生成功能材料组分的溶液。优选地，所述原始溶液是盐溶液或胶体溶液。
优选地，所述沉淀原料成分包括储氧材料和/或高比表面材料。
优选地，沉淀原料成分是铈、镨、镧等稀土金属氧化物，也可含锆氧化物、碱土金属氧化物、碱金属氧化物、钛氧化物、硅氧化物、过渡金属氧化物或以上组合的复合组分氧化物。特别地，是含铝、硅、锆、镧、钡、锶、钇、镨及其混合物的至少一种氧化物。最优化的，原始溶液中含有铈、锆、铝中的至少两种，铈、锆、铝以盐或胶体的形式存在原始溶液中。
S2、先将部分原始溶液加入沉淀剂反应，然后将沉淀反应后的料液分别转移到未加入沉淀剂的原始溶液中混合，并加入沉淀剂反应；重复已经沉淀的料液转移至未加入沉淀剂的溶液进行沉淀反应的做法，直到全部原始溶液沉淀反应，得到沉淀悬浮液。
S3、向沉淀悬浮液中，加入破坏悬浮液稳定的试剂，过滤，洗涤，烘干，焙烧得到混合组分功能材料。
本发明功能材料制备方法主要特点在于，对于功能材料的沉淀过程中分成了同时、间隔很短时间或连续的两次及两次以上的沉淀反应，先将其中部分原始溶液进行沉淀处理，然后通入/加入到另一种原始溶液中，并加入沉淀剂进行沉淀处理，分别沉淀使得先沉淀的物质和后沉淀的物质形成分层结构。后续可以继续重复多次多层级沉淀反应，如此分别沉淀或分次沉淀，避免了原料成分在一起沉淀反应时，相互干扰影响以及分相的缺陷。本发明制备方法制备的功能材料中各个组分混合更加均匀，性能更加优异。根据原始溶液的数量，可以规划分别沉淀反应的次数和时机，混合各个沉淀后的溶液时，更可以根据需要按照一定的顺序进行混合。
在沉淀各个原始溶液的过程中，生成的沉淀为固体颗粒，这些固体颗粒分散于液体中，因布朗运动而不能很快下沉，构成悬浮液。将两种或两种以上的悬浮液混合，可以利用悬浮液中的固体颗粒的粒径相互作用，构成相互混合均匀的复合材料(功能材料前体)。一般而言，悬浮液中固体颗粒为10-3～10-4cm，大于或等于胶体。
应当理解步骤S2中可以是将一种或一种以上的原始溶液加入沉淀剂进行反应，然后分别加入到未加入沉淀剂的其他原始溶液中，并加入沉淀剂进行反应。
优选地，步骤S2采用两种以上的原始溶液的情况下：
s201先将一种原始溶液加入沉淀剂反应；
s202然后将s201沉淀反应后的料液转移到未加入沉淀剂的另外一种原始溶液中混合，并加入沉淀剂反应；
s203然后，再将s202沉淀反应后的料液继续转移至另外一种原始溶液中混合，并加入沉淀剂反应直到全部原始溶液沉淀反应，得到沉淀悬浮液。
最优选地，步骤S2仅采用两种原始溶液的情况下，先将一种原始溶液加入沉淀剂反应，然后将沉淀反应后的料液转移到未加入沉淀剂的另外一种原始溶液中混合，并加入沉淀剂反应，得到沉淀悬浮液。
然后，加入破坏悬浮液稳定的试剂，使得悬浮液进一步的沉淀，经过过滤，洗涤，烘干和焙烧，即可得到所需要的功能材料。
进一步，各原始溶液加入的沉淀剂相同或不同，根据原始溶液的特点可以使用相同的沉淀剂，也可以是不同的沉淀剂。
进一步，准备原始溶液的过程可以是一次完成多种沉淀原料溶液的配制，也可以是分成多次根据沉淀反应的需要进行配制。即在间隔进行初次沉淀反应的时候，可以在需要的时候进行配制后沉淀的原始溶液组分，类似于“现配现用”。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.本发明的沉淀制备功能材料的方法，将多种原始溶液分别进行沉淀反应生产悬浮液，然后将多次沉淀的悬浮液混合后，破坏悬浮液稳定性，使得沉淀的微小固体颗粒在溶液中完成混合，混合效果好，产物的成分比例容易控制，功能材料的品质更加优秀。
2.本发明的原始溶液可以按需进行配制，根据需要可以设计出不同的原始溶液，沉淀得到不同的中间悬浮液进行相互混合反应，能够更好的控制功能材料的品质。
3.本发明方法中不同的原始溶液可以使用不同的沉淀剂进行反应，更具有针对性，如果是类似的原始溶液也可以采用相同的沉淀剂，灵活性好，反应的效率以及品质都容易控制在最佳水平。
附图说明：
图1是制备功能材料的沉淀装置示意图。
图中标记：R1-反应容器1，R2-反应容器2，M-电机，S1-第一组分盐溶液(料液1)，S2-第二组分盐溶液(料液2)，B-沉淀剂。
具体实施方式
在本发明的一个优选实施方式中，制备功能材料的方法，可以用于制备含有混合组分的功能材料，包括以下制备步骤：
S1、准备至少两种原始溶液，所述原始溶液是沉淀原料溶液，作为生成功能材料组分的溶液。所述原始溶液是盐溶液或胶体溶液。
所述原始溶液中含有铈等稀土金属氧化物，也可含锆氧化物、碱土金属氧化物、碱金属氧化物、钛氧化物、硅氧化物、过渡金属氧化物或以上组合的复合组分氧化物。特别地，是含铝、硅、锆、镧、钡、锶、钇、镨及其混合物的至少一种氧化物。最优选的，原始溶液中含有铈、锆、铝中的至少两种，铈、锆、铝以盐或氧化物的形式存在原始溶液中。
优选地，如果应用三价铈盐，原始溶液中还加入双氧水，用于将三价铈氧化为四价铈。
S2、向一种原始溶液中加入氨水溶液，优选应用10-30wt％氨水，最好是25wt％氨水溶液，使得pH＝4-10，氨水作为沉淀剂使用，搅拌反应1-60分钟，沉淀。混合沉淀后的原始溶液，搅拌，得到沉淀悬浮液，继续反应0.5-10小时。
然后将上述沉淀悬浮液转移至未加入沉淀剂的第二种原始溶液中，并加入沉淀剂搅拌反应，进行沉淀反应，得到沉淀悬浮液。如果有两种以上的原始溶液，则继续重复转移悬浮液至未加入沉淀剂的原始溶液中，并加入沉淀剂搅拌反应，直到全部的原始溶液混合在一起，沉淀反应完全，得到最终的沉淀悬浮液。
S3、向沉淀悬浮液中(或者，有多种原始溶液的情况下，将最终的沉淀悬浮液)，加入破坏悬浮液稳定的试剂，例如柠檬酸，过滤，去离子水洗涤，60-150℃烘干，400-800℃焙烧得到混合组分功能材料。
进一步，原始溶液分成两种，分别含有第一组分材料的盐溶液和第二组分材料的盐溶液。
优选地，第一组分材料盐溶液与沉淀剂先在第一个反应器R1中发生沉淀，然后泵送到第二个反应器R2入口处与第二组分材料盐溶液和沉淀剂同时发生沉淀。优选使用恒流泵进行泵送。
优选地，第一组分材料为铈等稀土金属氧化物，也可含锆氧化物、碱土金属氧化物、碱金属金属氧化物、钛氧化物、硅氧化物、过渡金属氧化物或以上组合的复合组分氧化物。特别地，是含铝、硅、锆、镧、钡、锶、钇、镨及其混合物的至少一种氧化物。
优选地，第二组分材料为铈等稀土金属氧化物，也可含锆氧化物、碱土金属氧化物、碱金属氧化物、钛氧化物、硅氧化物、过渡金属氧化物或以上组合的复合组分氧化物。特别地，是铈、锆、镧、钇、钕、镨及其混合物的至少一种氧化物。
进一步，包括至少两种原始溶液，其中至少一种为储氧材料的原始溶液，其余为储氧材料或高温高比表面材料的原始溶液。耐高温高比表面材料和储氧材料的质量比例为40:1-1:5。
所述高温高比表面材料是指活性Al2O3等催化剂载体材料。
根据本发明的方法，可以获得包括第一组分催化材料颗粒组分和第二组分催化材料颗粒组分的复合功能材料，其具有分层结构。这种分层结构使得储氧材料和高比表面催化材料相互混合的更加均匀，相互促进作用更强，更好的实现协同增效作用，催化转化效率更高。
优选地，第一组分材料组分可以为铈等稀土金属氧化物，也可含锆氧化物、铝氧化物、碱土金属氧化物、碱金属氧化物、钛氧化物、硅氧化物、过渡金属氧化物或以上组合的复合组分氧化物；第二组分材料组分可以为铈等稀土金属氧化物，也可含锆氧化物、铝氧化物、碱土金属氧化物、碱金属氧化物、钛氧化物、硅氧化物、过渡金属氧化物或以上组合的复合组分氧化物。第二组分和第一组分氧化物所含的元素种类或者含量比例不同。
优选地，第一组分材料和第二组分材料的比例为40/1-1/20，特别的为10:1-1:10。
优选地，第二组分材料是以溶胶前驱体和氨水沉淀的方式加入，或以盐溶液前驱体和氨水沉淀法加入，也可以是盐溶液前驱体以浸渍法加入。
优选地，第一组分材料、第二组分材料的前驱体溶胶或前驱体溶液中，原料成分以：硝酸盐、醋酸盐、氯盐、羟基、氨基、胺基、铵盐、醇基、羧酸基、醚基、亚硝基或含芳香基团等中的一种或几种络合结构。
优选地，第一组分材料、第二组分材料的络合成分可以相同，可以不同。可以是成分不同，也可以是仅仅成分比例不同。
优选地，第一组分材料、第二组分材料的所用的沉淀剂可以是含氢氧根、碳酸根、碳酸氢根等无机碱，也可以加入含羟基、氨基、胺基、铵盐、醇基、羧酸基、醚基、亚硝基或含芳香基团的有机络合剂。反应过程中加入的沉淀剂可以是全部相同的沉淀剂，也可以是不同的沉淀剂，根据原始溶液(沉淀原料溶液)中的沉淀原料成分的特性选择适宜的沉淀试剂。
进一步，第一组份和第二组分分别是锆氧化物、铈氧化物、铝氧化物中的至少一种。
继续对本发明的方法进行优选描述如下：
进一步，S1中，准备原始溶液的时候，可以一次完成所有的原料溶液的配制，也可以按照需要进行配制，现配现用。
进一步，所述当使用Ce(NO3)3作为原料的时候，原始溶液中包括双氧水。通过双氧水将Ce(NO3)3中的三价铈转化为四价铈。可以直接使用Ce(NO3)4作为原料，不添加双氧水。根据原料的中金属元素的价态，通过加入适当的氧化剂或还原剂使得金属元素沉淀价态符合设计需要。
进一步，所述原始溶液先经过搅拌混合均匀，然后加入沉淀剂进行沉淀反应。
进一步，过滤、洗涤、干燥和焙烧工艺可以采用现有技术中的常规工艺方法进行。
在本发明的一个具体实施方式中，功能材料的制备过程如下：
第一步，先配置第一组分材料的盐溶液和上层材料的盐溶液，分别搅拌1-60min。
第二步，向第一组分材料的盐溶液加入氨水溶液(25wt％)，使得pH＝4-10。继续搅拌0.5-10h，得沉淀悬浮液。
第三步，所得沉淀悬浮液，上层材料的盐溶液和氨水溶液(25wt％)同时泵入反应器发生沉淀，使得pH＝4-10。继续搅拌0.5-10h，得混合沉淀液。
第四步，混合沉淀液经过抽滤，去离子水洗涤1-4次。60-150℃1-12h干燥，600℃焙烧1-10h，得混合组分功能材料。
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
<实施例1>
制备第一组分Ce0.65Zr0.35O2和第二组分Ce0.35Zr0.65O2的复合储氧材料(Ce0.65Zr0.35O2和Ce0.35Zr0.65O2的质量比1:1)。
由含化学计量比为Ce0.65Zr0.35O2的Ce(NO3)3和ZrO(NO3)2盐和双氧水溶液(H2O2/Ce摩尔比1/1)配置盐溶液S1。由含化学计量比为Ce0.35Zr0.65O2的Ce(NO3)3和ZrO(NO3)2盐和双氧水溶液配置溶液S2。以氨水溶液(25wt％)作为沉淀剂B。用图1所示沉淀设备方法完成沉淀过程。由溶液S1和B在反应器R1中完成沉淀，控制pH控制为10，后通过恒流泵引入到反应器R2，沉淀从R1进入到R2的时间为10s，在进入反应容器R2前，盐溶液S2和碱液B混合，并完成沉淀过程，pH保持为10。向沉淀悬浮液中加入柠檬酸(含量为20wt％)，搅拌10h，抽滤，去离子水洗涤2次。120℃12h干燥，600℃3h焙烧得功能材料。
<实施例2>
制备材料过程同实施例1。只是交换Ce0.35Zr0.65O2和Ce0.65Zr0.35O2的沉淀顺序。即先在R1反应器中先沉淀Ce0.35Zr0.65O2，然后在R2反应器中沉淀Ce0.65Zr0.35O2。
<对比例1>
制备Ce0.65Zr0.35O2材料。由含化学计量比为Ce0.65Zr0.35O2的Ce(NO3)3和ZrO(NO3)2盐和双氧水溶液配置盐溶液S1。以氨水溶液(25wt％)作为沉淀剂B。用图1所示沉淀设备方法完成沉淀过程。由溶液S1和B在反应器R1中完成沉淀，控制pH控制为10，后通过恒流泵直接引入到反应器R2，沉淀从R1进入到R2的时间为10s，pH保持为10。向沉淀悬浮液中加入柠檬酸(含量为20wt％)，搅拌10h，抽滤，去离子水洗涤2次。120℃12h干燥，600℃3h焙烧得功能材料。
<对比例2>
制备Ce0.35Zr0.65O2材料。操作过程同对比例1。
<对比例3>
制备Ce0.50Zr0.50O2材料。操作过程同对比例1。
<实施例3>
制备第一组分Ce0.65Zr0.35O2和第二组分Al2O3的复合储氧材料(Ce0.65Zr0.35O2和Al2O3的质量比1:1)。由含化学计量比为Ce0.65Zr0.35O2的Ce(NO3)3和ZrO(NO3)2盐和双氧水溶液(H2O2/Ce摩尔比1/1)配置盐溶液S1。由含化学计量比为Al2O3的Al(NO3)3盐配置溶液S3。以氨水溶液(25wt％)作为沉淀剂B。用图1所示沉淀设备方法完成沉淀过程。由溶液S1和B在反应器R1中完成沉淀，控制pH控制为10，后通过恒流泵引入到反应器R2，沉淀从R1进入到R2的时间为10s，在进入反应容器R2前，盐溶液S3和碱液B混合，并完成沉淀过程，pH保持为10。向沉淀悬浮液中加入柠檬酸(含量为20wt％)，搅拌10h，抽滤，去离子水洗涤2次。120℃12h干燥，600℃3h焙烧得功能材料。
<实施例4>
制备材料过程同实施例3。只是交换Al2O3和Ce0.65Zr0.35O2的沉淀顺序。即先在R1反应器中先沉淀Al2O3，然后在R2反应器中沉淀Ce0.65Zr0.35O2。
<对比例4>
按对比例1同样的方法制备Ce0.65Zr0.35O2材料。按对比例1同样的方法制备Al2O3材料。机械混合Ce0.65Zr0.35O2材料和Al2O3材料(两种组分质量比1:1)，得复合功能材料。
<实施例5>
制备第一组分Ce0.60Zr0.30Y0.1O1.95和第二组分Al2O3的复合储氧材料(Ce0.60Zr0.30Y0.1O1.95和Al2O3的质量比1:1)。由含化学计量比为Ce0.60Zr0.30Y0.1O1.95的Ce(NO3)3、ZrO(NO3)2盐、Y(NO3)3盐和双氧水溶液(H2O2/Ce摩尔比1/1)配置盐溶液S4。由含化学计量比为Al2O3的Al(NO3)3盐配置溶液S3。以氨水溶液(25wt％)作为沉淀剂B。用图1所示沉淀设备方法完成沉淀过程。由溶液S4和B在反应器R1中完成沉淀，控制pH控制为10，后通过恒流泵引入到反应器R2，沉淀从R1进入到R2的时间为10s，在进入反应容器R2前，盐溶液S3和碱液B混合，并完成沉淀过程，pH保持为10。向沉淀悬浮液中加入柠檬酸(含量为20wt％)，搅拌10h，抽滤，去离子水洗涤2次。120℃12h干燥，600℃3h焙烧得功能材料。
<实施例6>
制备材料过程同实施例5。只是交换Al2O3和Ce0.60Zr0.30Y0.1O1.95的沉淀顺序。即先在R1反应器中先沉淀Al2O3，然后在R2反应器中沉淀Ce0.60Zr0.30Y0.1O1.95。
<实施例7>
制备第一组分Ce0.60Zr0.30Ba0.1O1.90和第二组分Al2O3的复合储氧材料(Ce0.60Zr0.30Ba0.1O1.90和Al2O3的质量比1:1)。由含化学计量比为Ce0.60Zr0.30Ba0.1O1.90的Ce(NO3)3、ZrO(NO3)2盐、Ba(NO3)2盐和双氧水溶液(H2O2/Ce摩尔比1/1)配置盐溶液S5。由含化学计量比为Al2O3的Al(NO3)3盐配置溶液S3。以氨水溶液(25wt％)作为沉淀剂B。用图1所示沉淀设备方法完成沉淀过程。由溶液S5和B在反应器R1中完成沉淀，控制pH控制为10，后通过恒流泵引入到反应器R2，沉淀从R1进入到R2的时间为10s，在进入反应容器R2前，盐溶液S3和碱液B混合，并完成沉淀过程，pH保持为10。向沉淀悬浮液中加入柠檬酸(含量为20wt％)，搅拌10h，抽滤，去离子水洗涤2次。120℃12h干燥，600℃3h焙烧得功能材料。
<实施例8>
制备材料过程同实施例5。只是交换Al2O3和Ce0.60Zr0.30Ba0.1O1.90的沉淀顺序。即先在R1反应器中先沉淀Al2O3，然后在R2反应器中沉淀Ce0.60Zr0.30Ba0.1O1.90。
<实施例9>
制备第一组分Ce0.60Zr0.30Si0.1O2.0和第二组分Al2O3的复合储氧材料(Ce0.60Zr0.30Si0.1O2.0和Al2O3的质量比1:1)。由含化学计量比为Ce0.60Zr0.30Si0.1O2.0的Ce(NO3)3、ZrO(NO3)2盐、硅溶胶和双氧水溶液(H2O2/Ce摩尔比1/1)配置盐溶液S6。由含化学计量比为Al2O3的Al(NO3)3盐配置溶液S3。以氨水溶液(25wt％)作为沉淀剂B。用图1所示沉淀设备方法完成沉淀过程。由溶液S6和B在反应器R1中完成沉淀，控制pH控制为10，后通过恒流泵引入到反应器R2，沉淀从R1进入到R2的时间为10s，在进入反应容器R2前，盐溶液S3和碱液B混合，并完成沉淀过程，pH保持为10。向沉淀悬浮液中加入柠檬酸(含量为20wt％)，搅拌10h，抽滤，去离子水洗涤2次。120℃12h干燥，600℃3h焙烧得功能材料。
<实施例10>
制备材料过程同实施例5。只是交换Al2O3和Ce0.60Zr0.30Si0.1O2.0的沉淀顺序。即先在R1反应器中先沉淀Al2O3，然后在R2反应器中沉淀Ce0.60Zr0.30Si0.1O2.0。
<实施例11>
用实施例3制备的功能材料制备Pd催化剂，Pd的含量为50g/ft3。制备方法如下：取硝酸钯溶液采用浸渍法将其加入到复合材料中，120℃12h烘干，550℃焙烧3h，得到负载了Pd的催化剂粉末，然后将催化剂粉末与适量的去离子水混合制成固含量为40wt％的浆液，涂覆在堇青石蜂窝陶瓷基体上，120℃干燥12h后再经550℃焙烧3h，得到新鲜催化剂，涂覆量3g/inch3。新鲜催化剂经1100℃焙烧10h后得老化催化剂CC1。
<实施例12>
用实施例4制备的功能材料制备Pd催化剂，Pd的含量为50g/ft3。制备方法同实施例11。
<对比例5>
用对比例4制备的功能材料制备Pd催化剂，Pd的含量为50g/ft3。制备方法同实施例11。
<测试>
实施例1-10和对比例1-4制备的功能材料1000℃焙烧5h后进行比表面和储氧量测试。
比表面测试：用QUADRASORB SI比表面测定仪(美国康塔公司)测定焙烧后样品的比表面积、孔容和孔径分布。样品预先在300℃下真空处理3h后，以高纯氮气为吸附质，在液氮温度下进行测定，结果见表1。
储氧量测定：实验在微型流动反应装置上进行。样品用量为200mg(40～60目)。先通入H2，以10℃/min程序升温至550℃，并保持1h，然后通入20mL/min N2流吹扫降温至200℃，采用脉冲法注入O2，检测O2消耗量，结果见表1。
实施例11-12和对比例5的样品制备尺寸为1"*1"的催化剂。采用实验室模拟反应器进行起燃性能测试。测试气氛如下：C3H8(0.012％)，C3H6(0.024％)，CO(0.56％)，NO(0.10％)，CO2(12％)，H2(0.19％)，H2O(10％)，O2(0.49％)，N2为平衡气。升高催化剂入口温度至500℃测试起燃温度(T50)，结果见表2。
表1给出了制备的功能材料的储氧量和比表面。结果表明以本专利的方法制备的复合组分功能材料在储氧量及比表面与传统的沉淀法和机械混合法制备的功能材料相比更具有优势。如与CN201280052460.8相比，在氧化铝含量更低的情况下，可以达到更高的比表面。比表面高和储氧量大的功能材料对于尾气净化高空速动态下反应是非常有利的。另外，制备的功能材料的组成可调，这对于不同组分的尾气净化来说也提供了更宽的选择空间。
表1：储氧量和比表面积测试结果
| 实施例 | 功能材料组成 | 储氧量* | 比表面# |
| 实施例1 | 第一组分Ce0.65Zr0.35O2，第二组分Ce0.35Zr0.65O2 | 458 | 40.9 |
| 实施例2 | 第一组分Ce0.35Zr0.65O2，第二组分Ce0.65Zr0.35O2 | 419 | 41.2 |
| 对比例1 | Ce0.65Zr0.35O2 | 357 | 36.2 |
| 对比例2 | Ce0.35Zr0.65O2 | 326 | 39.2 |
| 对比例3 | Ce0.50Zr0.50O2 | 342 | 38.1 |
| 实施例3 | 第一组分Ce0.65Zr0.35O2，第二组分Al2O3 | 278 | 81.5 |
| 实施例4 | 第一组分Al2O3，第二组分Ce0.65Zr0.35O2 | 326 | 85.7 |
| 实施例5 | 第一组分Ce0.60Zr0.30Y0.1O1.95，第二组分Al2O3 | 320 | 95.1 |
| 实施例6 | 第一组分Al2O3，第二组分Ce0.60Zr0.30Y0.1O1.95 | 342 | 101.5 |
| 实施例7 | 第一组分Ce0.60Zr0.30Ba0.1O1.90，第二组分Al2O3 | 301 | 92.4 |
| 实施例8 | 第一组分Al2O3，第二组分Ce0.60Zr0.30Ba0.1O1.90 | 325 | 93.5 |
| 实施例9 | 第一组分Ce0.60Zr0.30Si0.1O2.0，第二组分Al2O3 | 310 | 98.2 |
| 实施例10 | 第一组分Al2O3，第二组分Ce0.60Zr0.30Si0.1O2.0 | 318 | 106.9 |
| 对比例4 | Ce0.65Zr0.35O2+Al2O3机械混合 | 228 | 68.7 |
单位，*：μmol/g，#：m2/g。
表2的结果表明，本专利制备的功能材料作为载体制备的Pd催化剂经过老化后，具有更好的HC、CO和NOx起燃性能，尤其对于CO和NOx更为明显。其原理为第一组分材料颗粒组分和第二组分材料颗粒组分的复合材料，双层材料之间的相互作用较强，可以起到稳定彼此以提高耐热性能的作用。并且由于功能材料的制备过程完全可控，材料的均匀性可以得到保证。故本专利制备的复合功能材料可以广泛应用于净化HC，CO和NOx的环保催化剂领域。
表2：催化剂产品性能
| 实例 | T50(HC)/℃ | T50(CO)/℃ | T50(NO)/℃ |
| 实施例11 | 282 | 268 | 298 |
| 实施例12 | 284 | 262 | 291 |
| 对比例5 | 295 | 282 | 309 |
Claims (10)
1.一种制备功能材料的方法，包括以下步骤：
S1、准备至少两种原始溶液，所述原始溶液中含有沉淀原料成分；
所述沉淀原料成分包括储氧材料和/或高比表面材料；
S2、先将部分原始溶液加入沉淀剂反应，然后将沉淀反应后的料液分别转移到未加入沉淀剂的原始溶液中混合，并加入沉淀剂反应；重复已经沉淀的料液转移至未加入沉淀剂的溶液进行沉淀反应的做法，直到全部原始溶液沉淀反应，得到沉淀悬浮液；
S3、向沉淀悬浮液中，加入破坏悬浮液稳定的试剂，过滤，洗涤，烘干，焙烧得到混合组分功能材料。
2.如权利要求1所述制备功能材料的方法，其特征在于，沉淀原料成分是铈、镨、镧等稀土金属氧化物，锆氧化物，碱土金属氧化物，碱金属氧化物，钛氧化物，硅氧化物，过渡金属氧化物中的一种或多种以上组分的复合组分氧化物。
3.如权利要求2所述制备功能材料的方法，其特征在于，沉淀原料成分至少含有铈、锆、铝中的两种。
4.如权利要求1所述制备功能材料的方法，其特征在于，包括至少两种原始溶液，其中至少一种为储氧材料的原始溶液，其余为储氧材料或耐高温高比表面材料的原始溶液。
5.如权利要求4所述制备功能材料的方法，其特征在于，耐高温高比表面材料和储氧材料的比例为40:1-1:5。
6.如权利要求1所述制备功能材料的方法，其特征在于，原始溶液分成两种，分别含有第一组分材料的盐溶液和第二组分材料的盐溶液；
第一组分材料盐溶液与沉淀剂先在第一个反应器中发生沉淀，然后泵送到第二个反应器入口处与第二组分材料盐溶液和沉淀剂同时发生沉淀。
7.如权利要求6所述制备功能材料的方法，其特征在于，第一组分材料、第二组分材料的前驱体溶胶或前驱体溶液中，原料成分以：硝酸盐、醋酸盐、氯盐、羟基、氨基、胺基、铵盐、醇基、羧酸基、醚基、亚硝基或含芳香基团等中的一种或几种络合结构。
8.如权利要求6所述制备功能材料的方法，其特征在于，第一组分材料、第二组分材料的所用的沉淀剂是含氢氧根、碳酸根、碳酸氢根等无机碱。
9.如权利要求6所述制备功能材料的方法，其特征在于，第一组分材料、第二组分材料的所用的沉淀剂是含羟基、氨基、胺基、铵盐、醇基、羧酸基、醚基、亚硝基或含芳香基团的有机络合剂。
10.如权利要求6所述制备功能材料的方法，其特征在于，第一组份和第二组分分别是锆氧化物、铈氧化物、铝氧化物中的至少一种。
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