CN108311157A - 一种纳米燃烧催化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纳米燃烧催化剂，制备原料包括氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁和氧化锰，氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁和氧化锰的重量比为(40‑60)：(20‑30)：(1‑5)：(10‑30)：(5‑10)，氧化铈为纳米氧化铈，氧化铁为纳米氧化铁，氧化锰为纳米氧化锰；本发明还提供一种纳米燃烧催化剂的制备方法，包括如下步骤：按照重量百分比称取氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁和氧化锰与水混合，得到制备原料；将制备原料放入球磨机中进行球磨；球磨后的制备原料通过成型工艺将其制备成球形或者圆柱体；放入焙烧炉中进行焙烧后，取出冷却至室温。本发明的有益效果是可以解决三元催化剂由于中毒、老化而失效造成尾气排放超标的问题，且活性和效率高。

Description

一种纳米燃烧催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种燃烧催化剂，尤其是涉及一种纳米燃烧催化剂及其制备方法。
背景技术
近年来，人们对空气质量越来越重视，由机动车尾气造成的空气污染得到了广泛的关注。机动车尾气净化催化剂(三元催化剂)的使用可以有效地消除汽车尾气中的碳氢化合物(HC)、氮氧氧化物(NOx)和一氧化碳(CO) 等有害物质。但三元催化剂的工作要求非常严格，如果使用不当，会造成催化剂失效等其他缺陷：
1、温度过高：当发动机点火系统故障，未燃烧的燃油进入排气系统，在催化剂表面遇高温二次点燃，造成三元催化剂温度过高使催化剂活性组分烧结失效。
2、慢性中毒：三元催化剂对硫、铅、磷、锌等元素非常敏感，硫和铅来自于汽油，磷和锌来自于润滑油，这四种物质及它们在发动机中燃烧后形成氧化物颗粒易被吸附在催化剂的表面，使催化剂无法与废气接触，从而失去了催化作用，即所谓的“中毒”现象。
3、表面积碳：当汽车长期工作于低温状态时，三元催化器无法启动，发动机排出的炭烟会附着在催化剂的表面，造成无法与CO和HC接触，长期下来，便使载体的孔隙堵塞，影响其转化效能。
4、排气恶化：催化转化器对污染物的转化能力有一定的限度，因此必须通过机内净化技术将原始排气降到最低。如果排放的废气污染物各成分的浓度、总量过大，比如混合气偏浓等，就会影响催化器的催化转化能力，降低其转化效率。此外，由于废气中有大量的HC和CO进入催化反应器后，会在其中产生过度的氧化反应，氧化反应产生大量热量将使催化反应器温度过高而损坏。
目前，汽车尾气超标问题急需要解决，但是人们还没有找到一个最优的对有尾气排放问题的汽车进行治理的产品。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种纳米燃烧催化剂及其制备方法，能够提高活性，并且催化燃烧效率高，制备方法简单。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种纳米燃烧催化剂，制备原料包括氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁和氧化锰。
进一步的，所述氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁和氧化锰的重量比为(40-60)：(20-30)：(1-5)：(10-30)：(5-10)。
进一步的，所述氧化铈为纳米氧化铈，所述氧化铁为纳米氧化铁，所述氧化锰为纳米氧化锰。
优选的，所述氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁和氧化锰的重量比为 45：30：5：15：5。
优选的，所述氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁和氧化锰的重量比为 50：23：3：17：7。
优选的，所述氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁和氧化锰的重量比为 40：30：1：25：4。
优选的，所述氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁和氧化锰的重量比为 60：20：3：10：7。
本发明的另一方面提供一种如前所述的纳米燃烧催化剂的制备方法，包括如下步骤：
a)、按照重量百分比称取氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁和氧化锰与水混合，得到制备原料；
b)、将所述制备原料放入球磨机中进行球磨；
c)、球磨后的所述制备原料通过成型工艺将其制备成球形或者圆柱体；
d)、放入焙烧炉中进行焙烧后，取出冷却至室温。
进一步的，步骤b)中的放入球磨机中进行球磨3-10小时。
进一步的，步骤d)中的焙烧条件为：温度为250-400℃，空气气氛下焙烧0.5-2小时。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：可以解决汽车燃烧不充分，三元催化剂由于中毒、老化而失效，造成尾气排放超标的问题。通过采用纳米氧化铈、纳米氧化铁和纳米氧化锰，其活性组分为纳米尺度，活性高，催化燃烧效率高，而且制备方法简单，无二次污染，有利于大规模生产。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。应当注意，为了清楚的目的，说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
制备原料包括45％氧化铝、30％二氧化硅、5％纳米氧化铈、15％纳米氧化铁和5％纳米氧化锰。
制备方法：
a)、按照重量百分比由45％氧化铝、30％二氧化硅、5％纳米氧化铈、15％纳米氧化铁和5％氧化锰与水混合，得到制备原料；
b)、将制备原料放入球磨机中进行球磨，球磨5小时；
c)、球磨后的制备原料通过成型工艺将其制备成球形，直径在5-10mm 之间；
d)、放入焙烧炉中进行焙烧后，取出冷却至室温。
焙烧温度为300℃，空气气氛下焙烧时间为1小时，最后形成的氧化物为纳米燃烧催化剂。
实施例2
制备原料包括50％氧化铝、23％二氧化硅、3％纳米氧化铈、17％纳米氧化铁和7％纳米氧化锰。
制备方法：
a)、按照重量百分比由50％氧化铝、23％二氧化硅、3％纳米氧化铈、17％纳米氧化铁和7％纳米氧化锰与水混合，得到制备原料；
b)、将制备原料放入球磨机中进行球磨，球磨10小时；
c)、球磨后的制备原料通过成型工艺将其制备成球形，直径在5-10mm 之间；
d)、放入焙烧炉中进行焙烧后，取出冷却至室温。
焙烧温度为280℃，空气气氛下焙烧时间为2小时，最后形成的氧化物为纳米燃烧催化剂。
实施例3
制备原料包括40％氧化铝、30％二氧化硅、1％纳米氧化铈、25％纳米氧化铁和4％纳米氧化锰。
制备方法：
a)、按照重量百分比由40％氧化铝、30％二氧化硅、1％纳米氧化铈、25％纳米氧化铁和4％纳米氧化锰与水混合，得到制备原料；
b)、将制备原料放入球磨机中进行球磨，球磨3小时；
c)、球磨后的制备原料通过成型工艺将其制备成圆柱体，直径为3-5mm，长度为5-10mm的圆柱体；
d)、放入焙烧炉中进行焙烧后，取出冷却至室温。
焙烧温度为250℃，空气气氛下焙烧时间为0.5小时，最后形成的氧化物为纳米燃烧催化剂。
实施例4
制备原料包括60％氧化铝、20％二氧化硅、3％纳米氧化铈、10％纳米氧化铁和7％纳米氧化锰。
制备方法：
a)、按照重量百分比由60％氧化铝、20％二氧化硅、3％纳米氧化铈、10％纳米氧化铁和7％纳米氧化锰与水混合，得到制备原料；
b)、将制备原料放入球磨机中进行球磨，球磨3小时；
c)、球磨后的制备原料通过成型工艺将其制备成圆柱体，直径为3-5mm，长度为5-10mm的圆柱体；
d)、放入焙烧炉中进行焙烧后，取出冷却至室温。
焙烧温度为300℃，空气气氛下焙烧时间为1小时，最后形成的氧化物为纳米燃烧催化剂。
证明本发明的效果进行如下实验：
将纳米燃烧催化剂装入催化器内，将催化器连接到机械道上，分别测试安装催化器前后的汽车尾气排放结果。
实验一：对一辆日产骐达车进行实验，实验前该车已经行驶了9万公里，安装纳米燃烧催化剂前低怠CH排放量为135ppm，安装纳米燃烧催化剂后低怠CH排放量为9ppm，CH排放量减少了93.33％。尾气排放实现了低排放。
实验二：对一辆东风小康车进行实验，实验前该车已经行驶了14万公里，安装纳米燃烧催化剂前低怠CH排放量为199ppm，安装纳米燃烧催化剂后低怠CH排放量为12ppm，CH排放量减少了93.96％。尾气排放实现了低排放。
实验三：对一辆丰田出租车进行实验，该出租车以LPG为燃料，实验前该车已经行驶了25万公里，安装纳米燃烧催化剂前低怠CH排放量为 13ppm，安装纳米燃烧催化剂后低怠CH排放量为2ppm，CH排放量减少了 84.61％。尾气排放实现了低排放。
实验四：对一辆公交车进行实验，该公交车以LPG为燃料，实验前该车已经行驶了15万公里，安装纳米燃烧催化剂前低怠CH排放量为267ppm，安装纳米燃烧催化剂后低怠CH排放量为29ppm，CH排放量减少了89.14％。尾气排放实现了低排放。
本发明的有益效果是：可以解决汽车燃烧不充分，三元催化剂由于中毒、老化而失效，造成尾气排放超标的问题。通过采用纳米氧化铈、纳米氧化铁和纳米氧化锰，其活性组分为纳米尺度，活性高，催化燃烧效率高，而且制备方法简单，无二次污染，有利于大规模生产。
以上对本发明的一个或多个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种纳米燃烧催化剂，其特征在于：制备原料包括氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁和氧化锰。
2.根据权利要求1所述的纳米燃烧催化剂，其特征在于：所述氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁和氧化锰的重量比为(40-60)：(20-30)：(1-5)：(10-30)：(5-10)。
3.根据权利要求1或2所述的纳米燃烧催化剂，其特征在于：所述氧化铈为纳米氧化铈，所述氧化铁为纳米氧化铁，所述氧化锰为纳米氧化锰。
4.根据权利要求1所述的纳米燃烧催化剂，其特征在于：所述氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁和氧化锰的重量比为45：30：5：15：5。
5.根据权利要求1所述的纳米燃烧催化剂，其特征在于：所述氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁和氧化锰的重量比为50：23：3：17：7。
6.根据权利要求1所述的纳米燃烧催化剂，其特征在于：所述氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁和氧化锰的重量比为40：30：1：25：4。
7.根据权利要求1所述的纳米燃烧催化剂，其特征在于：所述氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁和氧化锰的重量比为60：20：3：10：7。
8.一种如权利要求1至7任一所述的纳米燃烧催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
a)、按照重量百分比称取氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁和氧化锰与水混合，得到制备原料；
b)、将所述制备原料放入球磨机中进行球磨；
c)、球磨后的所述制备原料通过成型工艺将其制备成球形或者圆柱体；
d)、放入焙烧炉中进行焙烧后，取出冷却至室温。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤b)中的放入球磨机中进行球磨3-10小时。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤d)中的焙烧条件为：温度为250-400℃，空气气氛下焙烧0.5-2小时。
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