CN107537488A - 汽车用三元催化剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车尾气净化领域，具体说是汽车用三元催化剂的制备方法，其包括按质量分数将氧化锆、氧化铈和镧粉混合球磨得到复合粉末；将上述复合粉末用去离子水配制成浆料；将预处理后的中空的柱状载体浸入上述浆料中；浆料充分负载在载体上后，移动柱体并带动载体移出浆料；接着将载体浸入氯化钯氨溶液中；再在水平炉道内对载体周壁进行加热焙烧，接着将载体输送至倾斜炉道内对载体两端进行加热焙烧；输出焙烧后的载体，得到催化剂。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；本发明还利用离心力从载体内部向外将孔道中的浆料甩出，可避免风力吹向载体的外表面，从而保证载体外表面涂层的均匀性。

Description

汽车用三元催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及汽车尾气净化领域，具体说是汽车用三元催化剂的制备方法。

背景技术

现有的三元催化剂由蜂窝状的陶瓷或金属载体和附着在载体上的催化剂涂层组成。催化剂涂层通常由具有较大比表面积的氧化物材料（如氧化铝）、储氧材料和分散在氧化物或储氧材料表面的贵金属活性组分（常为 Pt（铂）、Pd（钯）、Rh（铑）中的一种或几种）组成。其中的储氧材料一般为含铈锆的复合氧化物，它通过吸附储存尾气中的氧或释放出氧来调节尾气中氧化性组分和还原性组分的比例，使一氧化碳和碳氢化合物氧被氧化的同时，氮氧化合物被还原。目前的三元催化剂通常都采用双涂层结构，即附着在蜂窝载体上的下涂层担载 Pd，而附着在下涂层 上的上涂层担载 Rh，为了使催化剂有足够的储氧能力，通常在 Rh 涂层有大量的储氧材料和一定量的氧化铝。显著提高了高温老化后 Rh 催化还原氮氧化合物的活性，但是由于储氧能力的不足，瞬态工况的污染物排放仍然很高，尤其是对尾气空燃比变化非常敏感的氮氧化合物排放而言，这种催化剂的净化效果并不理想。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种可提高尾气净化效果的汽车用三元催化剂的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：汽车用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、氧化铈和镧粉混合球磨，然后加入氧化铝粉继续球磨，得到复合粉末；

（2）将上述复合粉末用去离子水配制成浆料；

（3）将预处理后的中空的柱状载体套设在柱体外，通过柱体带动载体浸入上述浆料中；

（4）浆料充分负载在载体上后，移动柱体并带动载体移出浆料；

（5）通过旋转所述柱体使载体孔道中多余的浆料甩出，并回收甩出的浆料；

（6）接着将载体浸入氯化钯氨溶液中；然后将载体输送至环形水平炉道进行烘干；

（7）再在水平炉道内对载体周壁进行加热焙烧，接着将载体输送至倾斜炉道内对载体两端进行加热焙烧；

（8）输出焙烧后的载体，得到催化剂。

作为优选，所述复合粉末中，氧化锆占4—8wt%，氧化铈占15—20wt%，镧占2—4wt%，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，所述复合粉末和去离子水分别输送至浆料桶中进行搅拌混合。

作为优选，所述柱体底端设置有对浆料进行搅拌混合的搅拌桨。

作为优选，在所述柱体上位于所述搅拌桨上侧设置有支撑所述载体的支撑片。

作为优选，在所述柱体上位于所述支撑片上侧设置有数片微型叶片，所述载体套设在叶片外侧，通过柱体带动叶片旋转产生的风力将载体孔道中多余的浆料甩出。

作为优选，步骤（6）中先将负载有涂层的数个载体按首尾相连的方式置于输送道上，然后通过推挤输送道一端的载体，使输送道另一端的载体进入所述水平炉道。

作为优选，所述倾斜炉道可径向旋转。

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，采用金属镧使得催化剂的活性得到改善；本发明还利用离心力从载体内部向外将孔道中的浆料甩出，可避免风力吹向载体的外表面，从而保证载体外表面涂层的均匀性。

具体实施方式

下面详细介绍本发明，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。

汽车用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、氧化铈和镧粉混合球磨30—50h，再加入氧化铝继续球磨时间20—40h，得到复合粉末，其中氧化锆占4—8wt%，氧化铈占15—20wt%，镧占2—4wt%，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、氧化铈和镧粉后再参与研磨；而镧粉应前期与氧化锆、氧化铈一起混合球磨，否则很难细化。本发明先避开氧化铝而只球磨氧化锆、氧化铈和镧粉到一定程度，然后添加氧化铝继续球磨，可使氧化锆完全固溶到氧化铈中，降低氧化铈的晶格常数，同时可使镧高度弥散在氧化铈-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，而且细化了镧粉，整个复合粉末粒径可达到60—90nm。

获得纳米级复合粉末后，将该复合粉末材料用去离子水配制成浆料；所述复合粉末材料和去离子水分别输送至浆料桶中进行搅拌混合，使物料混合混匀，在实施过程中，所述柱体底端设置有对浆料进行搅拌混合的搅拌桨，有利于方便搅拌。与此同时，需对中空的柱状载体进行预处理，以方便负载涂层，然后将中空的柱状载体套设在柱体外，通过柱体带动载体浸入上述浆料中；本发明设置在所述柱体上位于所述搅拌桨上侧的支撑片一方面可支撑载体，另一方面可防止载体与搅拌桨接触，避免搅拌桨的旋转损坏载体。

浆料充分负载在载体上后，移动柱体并带动载体移出浆料，使得负载有涂层的载体脱离浆料桶，然后通过旋转所述柱体使载体孔道中多余的浆料甩出；本发明在所述柱体上位于所述支撑片上侧设置有数片微型叶片，所述载体套设在叶片外侧，通过柱体带动叶片旋转产生的风力将载体孔道中多余的浆料甩出，由此保证载体的涂层均匀。在实施过程中，所述支撑片上设置有阻止载体旋转的止挡块，可避免载体因旋转而使其表面的涂层甩掉。当孔道中多余的浆料甩出后，由于载体脱离了浆料桶，因此甩出的浆料可进入浆料桶进行回收，不仅不会污染环境，而且节约成本。

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，再将负载有钯离子的载体输送至环形水平炉道进行烘干；在此之前，可将负载钯离子的数个载体按首尾相连的方式置于输送道上，然后通过推挤输送道一端的载体，使输送道另一端的载体进入所述水平炉道，从而可保证输送的安全性和便利性，有利于实现自动化生产。本发明的水平炉道包括烘干区和焙烧区，载体先在烘干区烘干，然后输送至焙烧区进行加热焙烧。由于烘干区和焙烧区的温度相差较大，两者区隔开一方面有利于提高焙烧效率，另一方面提高焙烧的均匀性。

接着，在水平炉道内对载体周壁进行加热焙烧；由于水平炉道采用环形布局，且在水平炉道周壁均布有加热装置，从而可保证周壁加热的均匀性，进而使得载体周壁焙烧更为均匀。在实施过程中，由于相邻两载体首尾相连，其接触的端部可能存在焙烧不均的现象。因此，本发明再将载体输送至倾斜炉道，从而在倾斜炉道内对载体两端进行加热焙烧，以提高整个载体焙烧的均匀性。在实施过程中，所述倾斜炉道下端设有焙烧装置，经水平炉道焙烧的载体经过推挤会沿倾斜炉道自动下滑，在下滑的过程中，倾斜炉道下端的焙烧装置可阻挡载体继续下滑，并对与该焙烧装置接触的载体端部进行加热焙烧；且倾斜炉道可径向旋转，即焙烧完载体一端后通过旋转使载体另一端与焙烧装置接触，从而对该另一端进行加热焙烧，最后通过旋转倾斜炉道输出焙烧后的载体，从而获得镀有单质钯的催化剂。经检测，该催化剂对CO、HC和NO的转化率达到99%以上。

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，采用金属镧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。且在水平炉道内对载体的周壁进行焙烧，然后将载体两端进行焙烧，由此可确保整个载体上的涂层焙烧更为均匀，从而提高催化剂的性能。

上述实施方式仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴。

Claims (10)

1.汽车用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、氧化铈和镧粉混合球磨，然后加入氧化铝粉继续球磨，得到复合粉末；

（2）将上述复合粉末用去离子水配制成浆料；

（3）将预处理后的中空的柱状载体套设在柱体外，通过柱体带动载体浸入上述浆料中；

（4）浆料充分负载在载体上后，移动柱体并带动载体移出浆料；

（5）通过旋转所述柱体使载体孔道中多余的浆料甩出，并回收甩出的浆料；

（6）接着将载体浸入氯化钯氨溶液中；然后将载体输送至环形水平炉道进行烘干；

（7）再在水平炉道内对载体周壁进行加热焙烧，接着将载体输送至倾斜炉道内对载体两端进行加热焙烧；

（8）输出焙烧后的载体，得到催化剂。

2.根据权利要求1所述汽车用三元催化剂的制备方法，其特征在于：所述复合粉末中，氧化锆占4—8wt%，氧化铈占15—20wt%，镧占2—4wt%，余量为氧化铝。

3.根据权利要求1所述汽车用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。

4.根据权利要求1所述汽车用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。

5.根据权利要求1所述汽车用三元催化剂的制备方法，其特征在于：所述复合粉末和去离子水分别输送至浆料桶中进行搅拌混合。

6.根据权利要求1所述汽车用三元催化剂的制备方法，其特征在于：所述柱体底端设置有对浆料进行搅拌混合的搅拌桨。

7.根据权利要求1所述汽车用三元催化剂的制备方法，其特征在于：在所述柱体上位于所述搅拌桨上侧设置有支撑所述载体的支撑片。

8.根据权利要求1所述汽车用三元催化剂的制备方法，其特征在于：在所述柱体上位于所述支撑片上侧设置有数片微型叶片，所述载体套设在叶片外侧，通过柱体带动叶片旋转产生的风力将载体孔道中多余的浆料甩出。

9.根据权利要求1所述汽车用三元催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（6）中先将负载有涂层的数个载体按首尾相连的方式置于输送道上，然后通过推挤输送道一端的载体，使输送道另一端的载体进入所述水平炉道。

10.根据权利要求1所述汽车用三元催化剂的制备方法，其特征在于：所述倾斜炉道可径向旋转。