CN108940384B - 一种炭烟燃烧反应的催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种炭烟燃烧反应的催化剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108940384B CN108940384B CN201810973843.8A CN201810973843A CN108940384B CN 108940384 B CN108940384 B CN 108940384B CN 201810973843 A CN201810973843 A CN 201810973843A CN 108940384 B CN108940384 B CN 108940384B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- catalyst
- solution
- nano
- gold
- stirring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 70
- 239000004071 soot Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 81
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 claims abstract description 60
- 229910002226 La2O2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 35
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 34
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 21
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 21
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 15
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 11
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 9
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 8
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 8
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- CQVDKGFMVXRRAI-UHFFFAOYSA-J Cl[Au](Cl)(Cl)Cl Chemical group Cl[Au](Cl)(Cl)Cl CQVDKGFMVXRRAI-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- FYDKNKUEBJQCCN-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);trinitrate Chemical group [La+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O FYDKNKUEBJQCCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims description 5
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- ICAKDTKJOYSXGC-UHFFFAOYSA-K lanthanum(iii) chloride Chemical compound Cl[La](Cl)Cl ICAKDTKJOYSXGC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 239000003517 fume Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 15
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 8
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 7
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 7
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 6
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 4
- 238000005216 hydrothermal crystallization Methods 0.000 description 4
- 239000011943 nanocatalyst Substances 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 3
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 239000007809 chemical reaction catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FMMWHPNWAFZXNH-UHFFFAOYSA-N Benz[a]pyrene Chemical compound C1=C2C3=CC=CC=C3C=C(C=C3)C2=C2C3=CC=CC2=C1 FMMWHPNWAFZXNH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003916 acid precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 231100000357 carcinogen Toxicity 0.000 description 1
- 239000003183 carcinogenic agent Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- RCFVMJKOEJFGTM-UHFFFAOYSA-N cerium zirconium Chemical compound [Zr].[Ce] RCFVMJKOEJFGTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 238000005556 structure-activity relationship Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/20—Carbon compounds
- B01J27/232—Carbonates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/20—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
- B01J35/23—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/391—Physical properties of the active metal ingredient
- B01J35/393—Metal or metal oxide crystallite size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/396—Distribution of the active metal ingredient
- B01J35/399—Distribution of the active metal ingredient homogeneously throughout the support particle
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
- B01J37/082—Decomposition and pyrolysis
- B01J37/088—Decomposition of a metal salt
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
- B01J37/10—Heat treatment in the presence of water, e.g. steam
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
- F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
- F23G7/07—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases in which combustion takes place in the presence of catalytic material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明提供了一种炭烟燃烧反应的催化剂及其制备方法和应用。该催化剂以La2O2CO3纳米棒为载体，负载金纳米颗粒，其中，以La2O2CO3纳米棒的总重量为100％计，金纳米颗粒的负载量为1％‑4％。本发明还提供了上述催化剂的制备方法。本发明的催化剂可以高效的净化机动车排放的炭烟颗粒物。
Description
技术领域
本发明涉及一种催化剂及其制备方法，尤其涉及一种La2O2CO3纳米棒负载金纳米颗粒的催化剂及其制备方法，属于催化剂制备技术领域。
背景技术
在面临世界能源短缺日益加剧的今天，柴油车由于具有高效耐久的动力来源、油耗低，比普通汽油发动机汽车节油25％-40％、CO2排放量低、经济效益好、维护成本低等优点，柴油车广泛应用在载重汽车、大型动力机械设备等方面并已成为节约能源的发展趋势。然而柴油车排放炭烟颗粒物(PM)的量比汽油车高50倍以上，这些颗粒物可以作为苯并芘、硝基稠环芳烃等强致癌物的载体，对大气环境和人体健康造成的污染和危害日趋严重。同时，机动车尾气排放污染物在很大程度上也是导致酸雨及光化学烟雾等空气污染问题日益加剧、雾霾天气频发的重要原因之一。因此，降低机动车尾气污染物排放，尤其是柴油车PM排放是大气净化的重要任务之一，开展这方面的研究具有重要的环境保护意义。
目前消除柴油车尾气污染物的几种主要技术措施包括：(1)柴油清洁化技术，(2)发动机优化燃烧技术，(3)柴油车尾气排放后处理技术。尽管柴油清洁化和发动机优化燃烧技术对降低尾气污染物排放起到了很大作用，但其净化效果有限，而且不同程度地对汽车的动力性和经济性带来负面影响。尾气后处理技术是指对柴油车尾气在进入大气前进行处理，以减少PM和NOx等污染物排放的技术。由于能将污染物得到最大程度的净化，以及低廉的成本，尾气后处理方法是目前消除柴油车尾气污染使用最广泛的技术手段。其中，利用颗粒物捕集器与氧化催化剂结合的连续过滤再生技术(CRT)是最高效而经济的柴油机后处理技术。其中，开发高性能环保的催化剂是发展该技术的关键环节。
许多催化剂已被研究证实对炭烟催化燃烧具有良好的效果，如碱金属氧化物、过渡金属氧化物、钙钛矿型氧化物、担载贵金属的复合氧化物。其中，贵金属Au具有独特的催化活性和选择性，一般将其以纳米颗粒的形式分散于载体上来合成催化剂，展示了良好的催化炭烟燃烧活性。但是，由于其高昂的价格和较差的稳定性，一直是制约金基纳米催化剂应用的重要因素。
目前已存在的有关担载贵金属催化剂的制备方法有浸渍法、共沉淀法、沉积沉淀法、离子交换法、光化学沉积法、化学蒸发沉积法、金属有机络合物固载法及共溅镀法等。这些方法各有特点，但也存在着贵金属颗粒不易分散均匀、担载颗粒尺寸难以保持均一等缺点。例如，贵金属颗粒不易均匀担载在载体的表面上，使得贵金属颗粒尺寸分布不均，影响催化剂构效关系的建立；催化剂使用过程中，高温的条件下，贵金属活性组分极易团聚造成催化剂活性下降，催化剂的稳定性降低；贵金属的用量较高，利用率较低，造成目前机动车尾气净化装置的价格昂贵。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种贵金属能够均匀有效的负载在载体上，提高贵金属的利用率、稳定性和活性的炭烟燃烧反应的催化剂。
为了实现上述技术目的，本发明首先提供了一种炭烟燃烧反应的催化剂，该催化剂以La2O2CO3纳米棒为载体，负载金纳米颗粒，其中，以La2O2CO3纳米棒的总重量为100％计，金纳米颗粒的负载量为1％-4％。
本发明的催化剂以纳米棒结构的La2O2CO3为载体，负载贵金属金为活性组分，其中，La2O2CO3纳米棒具有择优暴露高能活性晶面的特性，贵金属Au纳米颗粒能够选择性的均匀担载在La2O2CO3纳米棒的高能晶面上，因此能够通过高能晶面的限域效应稳定金纳米颗粒，极大地提高贵金属Au纳米催化剂的利用率，稳定性和活性。
为了实现上述技术目的，本发明还提供了一种炭烟燃烧反应的催化剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
步骤一：将La2O2CO3纳米棒与水混合，搅拌30min，得到载体液，其中，La2O2CO3纳米棒与水的质量比为(0.5-2):150；
步骤二：将金前驱体与水混合，得到金前驱体溶液，其中，金前驱体溶液的浓度为0.01g/L-5g/L；
步骤三：将金前驱体溶液滴加到载体液中，搅拌1h-4h，得到混合液；
步骤四：将混合液在10转/s的搅拌速度下干燥、焙烧后，得到炭烟燃烧反应的催化剂。
本发明的炭烟燃烧反应的催化剂的制备方法简单易行，较好地解决了炭烟催化燃烧反应中金基纳米催化剂的烧结失活问题。
本发明的炭烟燃烧反应的催化剂，以纳米棒结构的La2O2CO3作为载体，所得到的催化剂长度均匀，粗细一致；另外，La2O2CO3纳米棒具有较强的抗高温烧结性能和良好的催化稳定性，较好地解决了炭烟催化燃烧反应中金基纳米催化剂的烧结失活问题。
本发明的炭烟燃烧反应催化剂的制备方法简单易行，制备过程容易控制，依靠La2O2CO3纳米棒的高能表面{110}对Au离子的吸引力，使Au以纳米颗粒的形态均匀选择性的负载在La2O2CO3纳米棒的高能表面{110}上，大大提高了贵金属的利用率。
本发明的炭烟燃烧反应催化剂可以应用于净化机动车排放的颗粒物。由于该催化剂的La2O2CO3纳米棒暴露的高能活性{110}晶面与金纳米颗粒的强相互作用，为催化反应提供了更多的活性位点，因此，该催化剂具有优异的催化性能，尤其是抗贵金属纳米Au颗粒烧结长大的稳定性。
附图说明
图1为实施例1的La2O2CO3-nanorods的透射电镜图(200nm)；
图2a为实施例1的Au/La2O2CO3-nanorods的透射电镜图(200nm)；
图2b为实施例1的Au/La2O2CO3-nanorods的透射电镜图(20nm)；
图2c为实施例1的Au/La2O2CO3-nanorods的透射电镜图(5nm)；
图3为实施例1的La2O2CO3-nanorods和Au/La2O2CO3-nanorods的X射线衍射图谱；
图4为实施例1的La2O2CO3-nanorods和Au/La2O2CO3-nanorods的活性评价结果图；
图5为实施例1的Au/La2O2CO3-nanorods的稳定性评价结果。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
在本发明一具体实施方式中，提供了一种炭烟燃烧反应的催化剂，该催化剂以La2O2CO3纳米棒为载体，负载金纳米颗粒，其中，以La2O2CO3纳米棒的总重量为100％计，金纳米颗粒的负载量为1％-4％。
具体地，采用的金纳米颗粒的粒径为3nm-5nm。比如，采用的金纳米颗粒的粒径可以为3.5nm、4nm、4.5nm。
具体地，采用的La2O2CO3纳米棒的长度为200nm-300nm，宽度为10nm-20nm。比如，采用的La2O2CO3纳米棒的长度可以为250nm；宽度为15nm；更具体地，La2O2CO3纳米棒按照以下步骤制备得到：
步骤a：将镧前驱体盐溶解在水中，得到前驱体盐溶液；
步骤b：配置摩尔浓度为5M的一元碱溶液；
步骤c：将一元碱溶液滴加至搅拌状态的前驱体盐溶液中，搅拌0.5h，得到混合液；
步骤d：将所述混合液进行晶化处理，降温至室温，得到悬浮液；
步骤e：将悬浮液的固体沉淀物经过洗涤、干燥和焙烧，得到La2O2CO3纳米棒。
在优选实施方式中，步骤c中，搅拌的转速可以为10转/s；步骤d中，进行晶化时，可以将混合液置于高压晶化釜中进行。步骤e中，悬浮液的固体沉淀物可以通过对悬浮液进行离心或过滤得到；洗涤时，采用蒸馏水进行；比如，可以洗涤3-6次。
在本发明的另一具体实施方式中，提供了一种炭烟燃烧反应的催化剂的制备方法，该制备方法可以包括以下步骤：
步骤一：将La2O2CO3纳米棒与水混合，搅拌30min，得到载体液，其中，La2O2CO3纳米棒与水的质量比为(0.5-2):150；
步骤二：将金前驱体与水混合，得到金前驱体溶液，其中，金前驱体溶液的浓度为0.01g/L-5g/L；
步骤三：将金前驱体溶液滴加到载体液中，搅拌1h-4h，得到混合液；
步骤四：将混合液在10转/s的搅拌速度下干燥、焙烧后，得到炭烟燃烧反应的催化剂。
具体地，采用的金前驱体包括但不限于四氯化金。
具体地，金前驱体溶液的滴加速度为0.1mL/min-1.5mL/min。比如，滴加速度可以为0.5mL/min、0.7mL/min、1mL/min、1.2mL/min。
具体地，在步骤一中，搅拌的速度可以为10转/s；在步骤三中，搅拌的速度可以为10转/s。
在步骤四中，干燥的温度为60℃-100℃，干燥的时间为12h-24h。焙烧的温度为300℃-600℃，焙烧的时间为1h-5h。
具体地，采用的La2O2CO3纳米棒按照以下步骤制备得到：
步骤a：将镧前驱体盐溶解在水中，得到前驱体盐溶液；
步骤b：配置摩尔浓度为5M的一元碱溶液；
步骤c：将一元碱溶液滴加至搅拌状态的前驱体盐溶液中，10转/s的转速下搅拌0.5h，得到混合液；
步骤d：将混合液进行晶化处理，降温至室温，得到悬浮液；
步骤e：将所述悬浮液的固体沉淀物经过洗涤、干燥和焙烧，得到La2O2CO3纳米棒。
具体地，采用的镧前驱体盐包括但不限于硝酸镧或氯化镧。
采用的一元碱溶液包括氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
在步骤d中，晶化处理的温度为160℃-180℃，晶化处理的时间为10h-14h。
在步骤e中，干燥的温度为40℃-80℃，干燥的时间为12h-24h；优选地，焙烧的温度为500℃-550℃，焙烧的时间为2h-5h。
在本发明的又一具体实施方式中，提供了一种La2O2CO3纳米棒负载金的复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
将0.5g的La2O2CO3纳米棒与150mL水混合，10转/s的速度下持续搅拌30min，得到载体液；
配置浓度为5g/L的四氯化金溶液；
将7mL四氯化金溶液以1mL/min的速度滴加到载体液中，滴加完成后继续搅拌1h，得到混合液；
过滤混合液，在10转/s的速度下将残留固体在80℃下干燥12h后，在500℃下焙烧2h，得到La2O2CO3纳米棒担载金的催化剂。
本具体实施方式的La2O2CO3纳米棒负载金的复合材料可以用于催化炭烟颗粒物的燃烧，特别是用于催化机动车排放的炭烟颗粒物的燃烧。
实施例1
本实施例提供了一种La2O2CO3纳米棒负载金纳米颗粒的复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：制备纳米棒结构的La2O2CO3，包括以下步骤：
a、将2g的硝酸镧溶于50mL水中，得到硝酸镧溶液；
b、将24.0g的氢氧化钠用110mL水溶解，得到氢氧化钠溶液；
c、将氢氧化钠溶液滴加至搅拌状态的硝酸镧溶液中，滴加完成后，继续搅拌0.5h；
d、将步骤c得到的混合液转移至100mL水热晶华釜中恒温180℃晶化12h，自然降温至室温；
e、将步骤d得到的悬浮液离心分离得到沉淀物，经过3次洗涤，80℃干燥12h，在空气中500℃焙烧处理后，得到纳米棒结构的La2O2CO3载体，记为La2O2CO3-nanorods。
步骤二：制备铈锆复合氧化物担载金的复合材料，包括以下步骤：
a、将0.5g上述制备的纳米棒结构的La2O2CO3载体与150mL水混合，并持续搅拌，得到载体液；
b、配置浓度为5g/L的四氯化金溶液；
c、将7mL的四氯化金溶液以1mL/min的速度滴加到载体液中，滴加完成后继续搅拌1h，得到混合液；
d、在搅拌条件下将水分蒸干，80℃干燥12h后，在500℃下焙烧2h，得到La2O2CO3纳米棒担载金的催化剂，记为Au/La2O2CO3-nanorods。以La2O2CO3-nanorods的质量为100％计，Au的担载量为4％。
将实施例1制备得到的La2O2CO3-nanorods和Au/La2O2CO3-nanorods分别进行透射电镜(TEM)分析，La2O2CO3-nanorods的透射电镜图如图1(200nm)所示，Au/La2O2CO3-nanorods的透射电镜图如图2a(200nm)所示；通过上述样品的透射电镜图可以看出，上述制备得到的La2O2CO3-nanorods和Au/La2O2CO3-nanorods均为纳米棒状结构，且担载金纳米颗粒并没有破坏La2O2CO3纳米棒的载体结构。
将实施例1制备得到的Au/La2O2CO3-nanorods进行高倍透射电镜(HRTEM)分析，Au/La2O2CO3-nanorods高倍透射电镜图分别如图2b(20nm)和图2c(5nm)所示；通过上述样品的高倍透射电镜图可以进一步证明上述制备得到的Au/La2O2CO3-nanorods保持有纳米棒状结构，其长度约为200nm，宽度为15nm，Au纳米颗粒高度均匀选择性分散在La2O2CO3纳米棒的高能{110}表面，Au纳米颗粒的平均粒径尺寸为3.5nm。
将实施例1制备得到的La2O2CO3-nanorods和Au/La2O2CO3-nanorods分别进行X射线衍射分析，X射线衍射谱图如图3所示。从图3中可以看出，La2O2CO3-nanorods和Au/La2O2CO3-nanorods有相同的衍射峰特征，且均为六方晶系和单斜晶系的La2O2CO3混合衍射特征峰，没有出现Au纳米颗粒的衍射峰，该结果表明本实施例制备得到的Au纳米颗粒粒径尺寸较小，尺寸分布较窄，已经超出了XRD仪器的检测范围。
实施例2
本实施例提供了实施例1制备得到的La2O2CO3-nanorods和Au/La2O2CO3-nanorods在机动车排放的颗粒物燃烧中的应用，即考察上述催化剂的催化活性。
催化剂活性的评价方法：
使用固定床微型反应器-气相色谱检测系统对上述两种催化剂进行活性评价。
应用过程中的具体参数：上述催化剂样品的用量均为100mg，催化剂与炭烟颗粒物的质量比为10:1。
具体步骤：将称量好的上述催化剂和炭烟颗粒物置于小烧杯中，用药匙搅拌均匀，使催化剂与炭烟颗粒物松散接触，将上述混合物装入6mm的石英反应管中，其中，控制气体流量为50mL/min，气体中NO的体积含量为2000ppm，O2的体积含量为5％，余量为He；升温速率控制为2℃/min左右。
评价方式：催化剂的氧化能力强弱采用炭烟颗粒物的燃烧温度来表示，其中，炭烟颗粒物的起燃温度(T10)、燃烧速率最大时对应的温度(T50)和燃尽温度(T90)分别表示颗粒物燃烧完成10％、50％和90％时对应的温度点，T10、T50、T90的计算方法是对程序升温氧化反应中，碳黑燃烧产生的CO2与CO的曲线进行积分，CO2与CO积分面积之和的10％、50％、90％的数值所对应的温度点即为T10、T50和T90。
La2O2CO3-nanorods和Au/La2O2CO3-nanorods催化剂的活性评价结果如图4所示，其中，图4的纵坐标为炭烟颗粒物转化率，横坐标为温度，上述催化剂的活性评价数据见表1所示，表1中，SCO2 m(％)表示二氧化碳的选择性。
表1
| 催化剂 | T<sub>10</sub>/℃ | T<sub>50</sub>/℃ | T<sub>90</sub>/℃ | S<sub>CO2</sub><sup>m</sup>(％) |
| 机动车排放的炭烟颗粒物 | 482 | 585 | 646 | 55.0 |
| La<sub>2</sub>O<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>-nanorods | 298 | 441 | 496 | 89.1 |
| Au/La<sub>2</sub>O<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>-nanorods | 278 | 374 | 421 | 99.8 |
从表1及图4可以看出，La2O2CO3-nanorods的催化炭烟燃烧活性温度T10、T50和T90分别为298℃、441℃和496℃，选择性为89.1％。担载Au纳米颗粒之后，Au/La2O2CO3-nanorods的T10、T50和T90分别下降为278℃、374℃和421℃，选择性升高到99.8％，这表明Au纳米颗粒能够大幅度提高催化炭烟燃烧活性和选择性。
实施例3
本实施例提供了实施例1制备得到的Au/La2O2CO3-nanorods在动车排放的颗粒物燃烧中的耐久性应用，即考察上述催化剂的催化稳定性。
催化剂稳定性的评价方法：
使用固定床微型反应器-气相色谱检测系统对上述催化剂进行稳定性评价。
应用过程中的具体参数：首次催化剂样品的用量为100mg，催化剂与炭烟颗粒物的质量比为10:1，后续测试的催化剂样品是前一次测试完后收集到的样品，同样催化剂与炭烟颗粒物的质量比为10:1。
具体步骤：将称量好的上述催化剂和炭烟颗粒物置于烧杯中，搅拌均匀，使催化剂与炭烟颗粒物松散接触，将上述混合物装入6mm的石英反应管中，其中，控制气体流量为50mL/min，气体中NO的体积含量为2000ppm，O2的体积含量为5％，余量为He；升温速率控制为2℃/min左右，此为完成一次循环；将上一次测试完后的催化剂试样收集并与同样质量比10：1的炭烟颗粒物松散接触，其余操作同前一次，来进行下一次稳定性测试。
评价方式：催化剂的稳定性同样采用炭烟颗粒物的燃烧温度来表示，即同样采用每一次循环测试中得到的T10、T50、T90来表示，T10、T50、T90的计算方法同实施例2。
Au/La2O2CO3-nanorods催化剂的稳定性评价结果如图5所示，其中，图5的纵坐标分别为温度和CO2选择性，横坐标为循环次数。
从图5可以看出，Au/La2O2CO3-nanorods的催化炭烟燃烧活性温度T10、T50和T90基本保持了相近的值，变化幅度在5℃之下，其选择性更是维持了99.0％以上且基本不变，表明La2O2CO3-nanorods担载的Au纳米颗粒具有较高的稳定性。
Claims (11)
1.一种炭烟燃烧反应的催化剂，其特征在于，该催化剂以La2O2CO3纳米棒为载体，负载金纳米颗粒，其中，以La2O2CO3纳米棒的总重量为100%计，所述金纳米颗粒的负载量为1%-4%；
该炭烟燃烧反应的催化剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一：将La2O2CO3纳米棒与水混合，搅拌30min，得到载体液，其中，所述La2O2CO3纳米棒与水的质量比为(0.5-2):150；
步骤二：将金前驱体与水混合，得到金前驱体溶液，其中，所述金前驱体溶液的浓度为0.01g/L-5g/L；
步骤三：将所述金前驱体溶液滴加到所述载体液中，搅拌1h-4h，得到混合液；
步骤四：将所述混合液在10转/s的搅拌速度下干燥、焙烧后，得到所述炭烟燃烧反应的催化剂；
所述La2O2CO3纳米棒按照以下步骤制备得到：
步骤a：将镧前驱体盐溶解在水中，得到前驱体盐溶液；
步骤b：配置摩尔浓度为5M的一元碱溶液；
步骤c：将所述一元碱溶液滴加至搅拌状态的所述前驱体盐溶液中，搅拌0.5h，得到混合液；
步骤d：将所述混合液进行晶化处理，降温至室温，得到悬浮液；晶化处理的温度为160℃-180℃，晶化处理的时间为10h-14h；
步骤e：将所述悬浮液的固体沉淀物经过洗涤、干燥和焙烧，得到所述La2O2CO3纳米棒；干燥的温度为40℃-80℃，干燥的时间为12h-24h；所述焙烧的温度为500℃-550℃，焙烧的时间为2h-5h。
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述金纳米颗粒的粒径为3nm-5nm。
3.根据权利要求2所述的催化剂，其特征在于，所述La2O2CO3纳米棒的长度为200nm-300nm，宽度为10nm-20nm。
4.权利要求1-3任一项所述的炭烟燃烧反应的催化剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
步骤一：将La2O2CO3纳米棒与水混合，搅拌30min，得到载体液，其中，所述La2O2CO3纳米棒与水的质量比为(0.5-2):150；
步骤二：将金前驱体与水混合，得到金前驱体溶液，其中，所述金前驱体溶液的浓度为0.01g/L-5g/L；
步骤三：将所述金前驱体溶液滴加到所述载体液中，搅拌1h-4h，得到混合液；
步骤四：将所述混合液在10转/s的搅拌速度下干燥、焙烧后，得到所述炭烟燃烧反应的催化剂；
所述La2O2CO3纳米棒按照以下步骤制备得到：
步骤a：将镧前驱体盐溶解在水中，得到前驱体盐溶液；
步骤b：配置摩尔浓度为5M的一元碱溶液；
步骤c：将所述一元碱溶液滴加至搅拌状态的所述前驱体盐溶液中，搅拌0.5h，得到混合液；
步骤d：将所述混合液进行晶化处理，降温至室温，得到悬浮液；所述晶化处理的温度为160℃-180℃，晶化处理的时间为10h-14h；
步骤e：将所述悬浮液的固体沉淀物经过洗涤、干燥和焙烧，得到所述La2O2CO3纳米棒；所述干燥的温度为40℃-80℃，干燥的时间为12h-24h；所述焙烧的温度为500℃-550℃，焙烧的时间为2h-5h。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述金前驱体为四氯化金。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤三中，所述金前驱体溶液的滴加速度为0.1mL/min-1.5mL/min。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤四中，所述干燥的温度为60℃-100℃，干燥的时间为12h-24h。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤四中，所述焙烧的温度为300℃-600℃，焙烧的时间为1h-5h。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述镧前驱体盐为硝酸镧或氯化镧。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述一元碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
11.权利要求1-3任一项所述的炭烟燃烧反应的催化剂的应用，其特征在于，该催化剂用于净化机动车排放的炭烟颗粒物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810973843.8A CN108940384B (zh) | 2018-08-24 | 2018-08-24 | 一种炭烟燃烧反应的催化剂及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810973843.8A CN108940384B (zh) | 2018-08-24 | 2018-08-24 | 一种炭烟燃烧反应的催化剂及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108940384A CN108940384A (zh) | 2018-12-07 |
| CN108940384B true CN108940384B (zh) | 2020-06-05 |
Family
ID=64473801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810973843.8A Expired - Fee Related CN108940384B (zh) | 2018-08-24 | 2018-08-24 | 一种炭烟燃烧反应的催化剂及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108940384B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110124710B (zh) * | 2019-06-21 | 2021-12-28 | 河北科技大学 | 一种复合金属氧化物催化剂及其制备方法 |
| CN113828307B (zh) * | 2021-11-01 | 2023-12-19 | 中国石油大学(北京) | 一种炭烟燃烧反应催化剂及其制备方法和应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6248689B1 (en) * | 1998-07-15 | 2001-06-19 | Redem Technologies, Inc. | Self-regenerating diesel exhaust particulate filter and material |
| CN106669669A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-17 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用 |
-
2018
- 2018-08-24 CN CN201810973843.8A patent/CN108940384B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6248689B1 (en) * | 1998-07-15 | 2001-06-19 | Redem Technologies, Inc. | Self-regenerating diesel exhaust particulate filter and material |
| CN106669669A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-17 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种低负载量贵金属型碳烟燃烧催化剂及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Effect of support material on the catalytic combustion of diesel soot particulates;J van Doorn等;《Applied Catalysis B Environmental》;19921231;第1卷;第118页倒数第1-2段，表1，第127页最后一段 * |
| Morphology Effect of Ir/ La2O2CO3 Nanorods with Selectively Exposed {110} Facets in Catalytic Steam Reforming of Glycerol;Xiaoya Huang等;《ACS Catal.》;20150109;第5卷;第2.1-2.2，4节，表1 * |
| 钙钛矿LaMnO3负载贵金属在催化氧化碳烟中的作用;明彩兵等;《环境科学》;20080331;第29卷(第3期);第1.1-1.2，2.5节及图7 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108940384A (zh) | 2018-12-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | The effects of Mn-based catalysts on the selective catalytic reduction of NOx with NH3 at low temperature: A review | |
| EP2461905B1 (en) | Preparation of diesel oxidation catalyst via deposition of colloidal nanoparticles | |
| CN109794241B (zh) | 一种氧化铈选择性包覆负载型钯催化剂及其制备方法 | |
| CN103495418B (zh) | 一种大孔-介孔铈锆固溶体载银催化剂及制备方法和应用 | |
| Zhou et al. | Three-way catalytic performances of Pd loaded halloysite-Ce0. 5Zr0. 5O2 hybrid materials | |
| CN106824187B (zh) | 一种铈锆复合氧化物担载铂的催化剂及其制备方法和应用 | |
| Ouyang et al. | Large-scale synthesis of sub-micro sized halloysite-composed CZA with enhanced catalysis performances | |
| CN110180582A (zh) | 一种柴油车氧化型催化剂及其制备方法 | |
| CN108940384B (zh) | 一种炭烟燃烧反应的催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN114100594B (zh) | 铈锆-铝基氧化物微纳米复合催化材料及其制备方法 | |
| CN100444955C (zh) | 氧化铈/氧化锆复合介孔三效催化材料及其制备方法 | |
| CN111974410A (zh) | 高性能钙钛矿催化剂原位还原Pt纳米颗粒的制备方法及应用 | |
| CN107008490A (zh) | 一种净化柴油车尾气的氧化型催化剂及其制备方法 | |
| CN111068710A (zh) | 一种炭烟燃烧的催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN109603822A (zh) | 一种抗高温水热老化的高分散性贵金属氧化催化剂及其制备 | |
| CN101439261A (zh) | 柴油车排放碳烟颗粒净化用钴铈氧化物催化剂及制备方法 | |
| US20240066505A1 (en) | Noble metal single atom supported three-way catalyst and preparation method therefor and use thereof | |
| CN112844394A (zh) | 一种CuO-CeO2负载型催化剂的制备方法及在尾气NOx和CO无氧消除中的应用 | |
| JP2006305406A (ja) | 排ＮＯｘ浄化用触媒 | |
| CN111375411B (zh) | 单原子Cu/TiO2纳米线的制备方法 | |
| CN111379613B (zh) | 负载大孔钙钛矿氧化物的柴油颗粒捕集器及其应用 | |
| CN112892526A (zh) | 一种消除柴油车尾气污染物的催化剂及其制备方法 | |
| CN110773159B (zh) | 一种Pt/Pd/Rh氧化催化剂制备工艺及其制备的催化剂 | |
| CN1915489A (zh) | 一种全金属蜂窝载体用三元纳米催化剂及其制备方法和涂覆工艺 | |
| CN111068677B (zh) | 复合氧化物担载贵金属纳米簇催化剂及其制备和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200605 Termination date: 20210824 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |