CN116809061A - 一种表面负载氧化钇的铂钯铈锆铝催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面负载氧化钇的铂钯铈锆铝催化剂及其制备方法，包括铂钯铈锆铝颗粒和负载在铂钯铈锆铝颗粒外的氧化钇；本发明的有益效果是：在铂钯铈锆铝催化剂颗粒外层包裹一层氧化钇，形成水热保护层结构，有利于阻碍高温下水进入内部影响铂钯铈锆铝的稳定性，使得该材料具有很高的抗高水热老化性能，避免了气态污染中水和贵金属接触，稳定了贵金属铂钯状态，提高催化剂材料中贵金属的活性位点，保证了催化剂的高活性和抗高水热老化能力，提升了催化剂的耐久性，具有更优异的净化一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)能力，特别是净化甲烷(CH4)能力。
Description
技术领域
本发明涉及天然气燃料发动机尾气净化领域，特别是一种表面负载氧化钇的铂钯铈锆铝催化剂。
背景技术
以汽油和柴油为燃料的内燃机（发动机）排出的废气中，除了碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）等有害气体成分之外，还产生大量的细微的颗粒物，这些颗粒物对人体和环境构成极大地威胁。随着全球规范这些有害气体和颗粒物排放的法规正在逐年收紧以及碳排放的控制。因此，在内燃机领域，工程师们正在研究新的技术来减少发动机污染物的排放。天然气由于高燃料效率和单位质量的CO2排放量低，近年来使用以天然气为燃料的内燃机的车辆和船舶（例如CNG车辆以及以甲烷为燃料的船舶）受到关注。但以天然气为燃料的内燃机尾气中的碳氢化合物（HC）体积分数90% ~ 95%为甲烷（CH4），甲烷（CH4）的升温系数是二氧化碳（CO2）的25倍，所以为了减少对环境的危害需要将天然气发动机尾气中的甲烷进行处理。
甲烷分子(CH4)中的键离解能的均值为415.3 kJ/mol，和汽油分子(C4~C12)中C-C键(键能345.6 kJ/mol)的裂解所需的能量相比要高20％以上；其次，CH4是碳氢化合物中最难被氧化的化合物，其起燃温度较其它烷烃和不饱和烃都高，天然气的着火温度为537℃，而汽油仅为390-420℃，因此，发生氧化反应的难度要大；第三，CH4和NO的偶联反应与HC和NO的偶联反应相比也困难得多，致使NO的转化难度较大。因此，用于天然气发动机尾气处理的净化催化剂的性能要明显高于汽油机尾气净化催化剂才能达到国六排放标准的要求。同时以天然气为燃料内燃机尾气中水含量高达20%，尾气中的水会吸附在催化剂表面导致其对CH4的氧化能力急剧下降。
随着我国《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法(中国第一、二阶段)》和《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》法规的实施，对以天然气为燃料的发动机尾排中的CH4限值更加严格，这对催化剂低温活性、抗水性和耐久性提出更高的要求。目前贵金属铂和钯对甲烷具有较好的氧化作用被大量应用在以天然气为燃料内燃机尾气净化催化剂中，但是以钯基贵金属催化剂在实际应用过程中面临水中毒的巨大挑战。另外，钯基贵金属成本高，经过研究发现在以钯基贵金属为主的催化剂中引入铂，反而会抑制钯的活性导致催化剂的催化性能受到影响。
CN114950422A公开了一种催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂包括Al2O3载体、催化活性组分以及催化助剂，所述催化活性组分包括Pt掺杂PdO纳米晶，所述催化助剂包括La、Pr、Y或Nd中的任意一种或至少两种的组合，所述催化剂解决了典型PdO/Al2O3催化剂活性及长周期稳定性不足、水热稳定性差的问题；但是该专利所述的催化剂只测试了在450℃下、100h有水条件下的稳定性。CN103191733B公开了一种低浓度甲烷燃烧催化剂及其制备方法，在有水条件下温度约为550℃时，甲烷转化率为90%，表明该催化剂在有水条件下甲烷活性很低。CN113145163A公开了一种全硅分子筛负载钯的催化剂及其制备方法。该催化剂以全硅ZSM 5分子筛作为载体，载体上均匀负载作为活性组分的纳米颗粒形式金属钯氧化物；其中，活性组分占催化剂的质量比为1%；但是该专利所制备的催化剂只测试在无水条件下甲烷转化效率。CN114258322A公开了一种抗硫、高活性催化剂，其用于通过氧化甲烷从具有一定浓度甲烷的气流中去除甲烷，没有说明该催化剂水热稳定性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种表面负载氧化钇的铂钯铈锆铝催化剂及其制备方法和应用。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种催化剂，包括铂钯铈锆铝颗粒和负载在铂钯铈锆铝颗粒外的氧化钇；本实施例中，通过在铂钯铈锆铝催化剂颗粒外层包裹一层水热保护层，形成水热保护层结构，制得一种表面负载保护层的铂钯铈锆铝催化剂材料，有利于阻碍高温下水进入内部影响铂钯铈锆铝的稳定性，使得该材料具有很高的抗高水热老化性能，避免了气态污染中水直接和贵金属接触，稳定了贵金属铂钯状态，提高催化剂材料中贵金属的活性位点，保证了催化剂的高活性和抗高水热老化能力，提升了催化剂的耐久性，具有更优异的净化一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)能力，特别是净化甲烷(CH4)能力；
进一步的，按照重量份数，包括5～10份的氧化钇和90～95份的铂钯铈锆铝颗粒；本实施例中，优选的水热保护层为氧化钇，且氧化钇的前驱体是可溶性硝酸盐水溶液，并且通过浸渍的方式负载在铂钯铈锆铝催化剂颗粒的外层，由于硝酸钇具有较好的溶解度，浸渍使有利于在铂钯铈锆铝颗粒的外表面均匀分布，相比于其他阻碍材料，能够有利于隔绝高温下水与铂钯铈锆铝接触，同时不影响甲烷的扩散；按照重量份数，包括5～10份的氧化钇和90～95份的铂钯铈锆铝颗粒，若氧化钇的重量份数高于5～10份，则会阻碍甲烷在催化剂表面的吸附扩散；若氧化钇的重量份数低于5～10份，则氧化钇无法在铂钯铈锆铝颗粒表面形成有效的保护层结构，高温下不能有效阻碍水进入与铂钯铈锆铝颗粒接触。
进一步的，所述铂钯铈锆铝颗粒中，铂的重量百分比为0.45%～3.60%，钯的重量百分比为0.05%～0.40%；且铂的重量百分比大于钯的重量百分比；本实施例中，铂钯铈锆铝颗粒中，所述铂的重量百分比为0.45%～3.60%，所述钯的重量百分比为0.05%～0.40%；贵金属铂和钯对甲烷具有较好的氧化作用，但通过研究发现当贵金属铂和钯同时存在时，特别是钯的含量高于铂的含量时，钯的催化活性受到抑制，而本发明铂钯铈锆铝中钯的含量低于铂的含量，即能够减少贵金属钯的成本，同时铂和钯产生协同作用，提供更多的反应活性位点；
进一步的，所述铂钯铈锆铝颗粒中还包括铈锆铝材料；所述铈锆铝材料包括氧化铝、氧化镧、氧化铈、氧化锆；本实施例中，氧化铝提供较高的比表面积和支撑强度，氧化镧、氧化铈、氧化锆在催化剂中能够稳定铂钯贵金属，有利于提高催化活性。
进一步的，所述铈锆铝材料包括20～40份的γ-Al2O3、5～15份La2O3、40～60份的CeO2和5～15份的ZrO2；
进一步的，上述催化剂采用如下制备步骤：
1）以等体积浸渍法在铂钯铈锆铝颗粒外表面浸渍一层可溶性钇的硝酸盐水溶液，陈化后得到中间样品；
2）将步骤1）制备得到的中间样品在烘干再焙烧，即得；
步骤1）中陈化时间为10～15h；步骤2）中，烘干温度为100～150℃，烘干时间为10～15h；步骤2）中焙烧温度为600～700℃，焙烧时间为2～4h；
所述钇的硝酸盐水溶液为质量浓度10.68%～22.55%的Y(NO3)3水溶液；本实施例中，采用浸渍法有利于钇的硝酸盐水溶液均匀覆在铂钯铈锆铝颗粒表面上，有利于形成均匀的保护层，阻碍高温下水进入与铂钯铈锆铝颗粒接触。
铂钯铈锆铝颗粒的制备方法为：将硝酸铂和硝酸钯溶液分别浸渍到铈锆铝材料上，在100～150℃下烘干。采用浸渍的方式将具有催化活性的铂和钯负载到铈锆铝材料上，通过铂和钯产生协同作用，提供更多的反应活性位点。
本发明具有以下优点：
1、本发明通过在铂钯铈锆铝催化剂颗粒外层包裹一层水热保护层，形成水热保护层结构，利用纳米颗粒氧化钇薄层疏水性阻碍高温下水分子进入铂钯铈锆铝催化剂颗粒中和贵金属结合，稳定了贵金属铂钯价态，提高催化剂材料中贵金属的活性位点，保证了催化剂的高活性和抗高水热老化能力，同时也阻断了水分子进入铈锆铝微小孔道中和铝形成氢氧化物中间态，避免了高温下水的脱附导致铈锆铝孔道塌陷包埋贵金属，提升了催化剂的耐久性，具有更优异的净化一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)能力，特别是净化甲烷(CH4)能力；
2、本发明优选的水热保护层为氧化钇，且氧化钇的前驱体是可溶性硝酸盐水溶液，并且通过浸渍的方式负载在铂钯铈锆铝催化剂颗粒的外层，由于硝酸钇具有较好的溶解度，浸渍使有利于在铂钯铈锆铝颗粒的外表面均匀分布，相比于其他阻碍材料，能够有利于隔绝高温下水与铂钯铈锆铝材料接触，同时不影响气体扩散进入；
3、本发明优选的铂钯铈锆铝材料中，所述铂的重量百分比为0.45～3.60%，所述钯的重量百分比为0.05～0.40%；贵金属铂和钯对甲烷具有较好的氧化作用，但研究发现当贵金属铂和钯同时存在时，特别是钯的含量高于铂的含量时，钯的催化活性受到抑制，而本发明铂钯铈锆铝中钯的含量低于铂的含量，即能够减少贵金属钯的成本，同时铂和钯产生协同作用，提供更多的反应活性位点。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
因此，以下对本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
实施例1：一种催化剂，包括铂钯铈锆铝颗粒和负载在铂钯铈锆铝颗粒外的氧化钇；本实施例中，通过在铂钯铈锆铝催化剂颗粒外层包裹一层水热保护层，形成水热保护层结构，制得一种表面负载保护层的铂钯铈锆铝催化剂材料，有利于阻碍高温下水进入内部影响铂钯铈锆铝的稳定性，使得该材料具有很高的抗高水热老化性能，避免了气态污染中水直接和贵金属接触，稳定了贵金属铂钯状态，提高催化剂材料中贵金属的活性位点，保证了催化剂的高活性和抗高水热老化能力，提升了催化剂的耐久性，具有更优异的净化一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)能力，特别是净化甲烷(CH4)能力；
进一步的，按照重量分数，包括5～10份的氧化钇和90～95份的铂钯铈锆铝颗粒；本实施例中，优选的水热保护层为氧化钇，且氧化钇的前驱体是可溶性硝酸盐水溶液，并且通过浸渍的方式负载在铂钯铈锆铝催化剂颗粒的外层，由于硝酸钇具有较好的溶解度，浸渍使有利于在铂钯铈锆铝颗粒的外表面均匀分布，相比于其他阻碍材料，能够有利于隔绝高温水与铂钯铈锆铝接触，同时不影响甲烷的扩散；按照重量份数，包括5～10份的氧化钇和90～95份的铂钯铈锆铝颗粒，若氧化钇的重量份数高于5～10份，则会阻碍甲烷在催化剂表面的吸附扩散；若氧化钇的重量份数低于5～10份，则氧化钇无法在铂钯铈锆铝颗粒表面形成有效的保护层结构，高温下不能有效阻碍水进入与铂钯铈锆铝颗粒接触。
进一步的，所述铂钯铈锆铝材料中，铂的重量百分比为0.45%～3.60%，钯的重量百分比为0.05%～0.40%；且铂的重量百分比大于钯的重量百分比；本实施例中，铂钯铈锆铝颗粒中，所述铂的重量百分比为0.45%～3.60%，所述钯的重量百分比为0.05%～0.40%；贵金属铂和钯对甲烷具有较好的氧化作用，但通过研究发现当贵金属铂和钯同时存在时，特别是钯的含量高于铂的含量时，钯的催化活性受到抑制，而本发明铂钯铈锆铝中钯的含量低于铂的含量，即能够减少贵金属钯的成本，同时铂和钯产生协同作用，提供更多的反应活性位点；
进一步的，所述铈锆铝材料包括氧化铝、氧化镧、氧化铈、氧化锆；本实施例中，氧化铝提供较高的比表面积和支撑强度，氧化镧、氧化铈、氧化锆在催化剂中能够稳定铂钯贵金属，有利于提高催化活性。
进一步的，所述铈锆铝材料包括20～40份的γ-Al2O3、5～15份La2O3、40～60份的CeO2和5～15份的ZrO2。
实施例2：在实施例1的基础上，所述催化剂采用如下制备步骤：
1）以等体积浸渍法在铂钯铈锆铝颗粒外表面浸渍一层可溶性钇的硝酸盐水溶液，陈化后得到中间样品；
2）将步骤1）制备得到的中间样品在烘干再焙烧，即得；
步骤1）中陈化时间为10～15h；步骤2）中，烘干温度为100～150℃，烘干时间为10～15h；步骤2）中焙烧温度为600～700℃，焙烧时间为2～4h；
所述钇的硝酸盐水溶液为质量浓度10.68%～22.55%的Y(NO3)3水溶液；本实施例中，采用浸渍法有利于钇的硝酸盐水溶液均匀覆在铂钯铈锆铝颗粒表面上，有利于形成均匀的保护层，阻碍高温下水进入与铂钯铈锆铝颗粒接触。
铂钯铈锆铝颗粒的制备方法为：将硝酸铂和硝酸钯溶液分别浸渍到铈锆铝材料上，在100～150℃下烘干。采用浸渍的方式将具有催化活性的铂和钯负载到铈锆铝材料上，通过铂和钯产生协同作用，提供更多的反应活性位点。
所述铂钯铈锆铝颗粒的制备方法为：将硝酸铂和硝酸钯溶液分别浸渍到铈锆铝材料上，在100～150℃下烘干。采用浸渍的方式将具有催化活性的铂和钯负载到铈锆铝材料上，通过铂和钯产生协同作用，提供更多的反应活性位点。
实施例3：在实施例1的基础上，所述催化剂包括5份的氧化钇和90份的铂钯铈锆铝颗粒；所述铂钯铈锆铝材料中，铂的重量百分比为0.45%，钯的重量百分比为0.05%；铈锆铝材料包括20份的γ-Al2O3、5份La2O3、40份的CeO2和5份的ZrO2。
实施例4：在实施例1的基础上，所述催化剂包括10份的氧化钇和95份的铂钯铈锆铝颗粒；所述铂钯铈锆铝材料中，铂的重量百分比为3.60%，钯的重量百分比为0.40%；铈锆铝材料包括40份的γ-Al2O3、15份La2O3、60份的CeO2和15份的ZrO2。
实施例5：一种用于处理天然气燃料发动机尾气的催化剂制备，具体包括蜂窝陶瓷载体和涂覆在其上的表面负载氧化钇的铂钯铈锆铝催化剂，其制备过程为：将3.641g浓度为18.54%硝酸铂和0.372g浓度为20.16%硝酸钯溶液分别浸渍到149.25g的铈锆铝材料上，铈锆铝的主要组成为：30wt％的γ-Al2O3、10wt％La2O3、50wt％CeO2、10wt％ZrO2，将制备的粉体材料在130℃条件下烘干后备用；将180g质量浓度为10.68%的Y(NO3)3水溶液浸渍在上述已烘干的的粉体材料上，在130℃条件下烘干12小时，再将烘干样品于650℃焙烧3小时后和263g水混合制备成浆液，按照涂层负载量为157.895g/L将浆液涂覆到直径为25.7mm，长度为70mm蜂窝陶瓷载体上，在130℃条件下烘干后于500℃焙烧2小时后就制备一种负载贵金属Pt和Pd的铈锆铝型催化剂；将所制备的样品在850℃，20%水气和80%空气条件下老化25小时后备用。
实施例6：一种用于处理天然气燃料发动机尾气的催化剂制备，具体包括蜂窝陶瓷载体和涂覆在其上的表面负载氧化钇的铂钯铈锆铝催化剂，其制备过程为：将13.538g浓度为18.54%硝酸铂和1.389g浓度为20.16%硝酸钯溶液分别浸渍到149.25g的铈锆铝材料上，铈锆铝的主要组成为：30wt％的γ-Al2O3、10wt％La2O3、50wt％CeO2、10wt％ZrO2，将制备的粉体材料在130℃条件下烘干后备用；将180g质量浓度为10.68%的Y(NO3)3水溶液浸渍在上述已烘干的的粉体材料上，在130℃条件下烘干12小时，再将烘干样品于650℃焙烧3小时后和263g水混合制备成浆液，按照涂层负载量为157.895g/L将浆液涂覆到直径为25.7mm，长度为70mm蜂窝陶瓷载体上，在130℃条件下烘干后于500℃焙烧2小时后就制备一种负载贵金属Pt和Pd的铈锆铝型催化剂；将所制备的样品在850℃，20%水气和80%空气条件下老化25小时后备用。
实施例7：一种用于处理天然气燃料发动机尾气的催化剂制备，具体包括蜂窝陶瓷载体和涂覆在其上的表面负载氧化钇的铂钯铈锆铝催化剂，其制备过程为：将29.126g浓度为18.54%硝酸铂和2.976g浓度为20.16%硝酸钯溶液分别浸渍到149.25g的铈锆铝材料上，铈锆铝的主要组成为：30wt％的γ-Al2O3、10wt％La2O3、50wt％CeO2、10wt％ZrO2，将制备的粉体材料在130℃条件下烘干后备用；将180g质量浓度为10.68%的Y(NO3)3水溶液浸渍在上述已烘干的的粉体材料上，在130℃条件下烘干12小时，再将烘干样品于650℃焙烧3小时后和263g水混合制备成浆液，按照涂层负载量为157.895g/L将浆液涂覆到直径为25.7mm，长度为70mm蜂窝陶瓷载体上，在130℃条件下烘干后于500℃焙烧2小时后就制备一种负载贵金属Pt和Pd的铈锆铝型催化剂；将所制备的样品在850℃，20%水气和80%空气条件下老化25小时后备用。
实施例8：一种用于处理天然气燃料发动机尾气的催化剂制备，具体包括蜂窝陶瓷载体和涂覆在其上的表面负载氧化钇的铂钯铈锆铝催化剂，其制备过程为：将29.126g浓度为18.54%硝酸铂和2.976g浓度为20.16%硝酸钯溶液分别浸渍到149.25g的铈锆铝材料上，铈锆铝的主要组成为：30wt％的γ-Al2O3、10wt％La2O3、50wt％CeO2、10wt％ZrO2，将制备的粉体材料在130℃条件下烘干后备用；将180g质量浓度为22.55%的Y(NO3)3水溶液浸渍在上述已烘干的的粉体材料上，在130℃条件下烘干12小时，再将烘干样品于650℃焙烧3小时后和263g水混合制备成浆液，按照涂层负载量为166.67g/L将浆液涂覆到直径为25.7mm，长度为70mm蜂窝陶瓷载体上，在130℃条件下烘干后于500℃焙烧2小时后就制备一种负载贵金属Pt和Pd的铈锆铝型催化剂；将所制备的样品在850℃，20%水气和80%空气条件下老化25小时后备用。
对比例1：一种用于处理天然气燃料发动机尾气的催化剂制备，具体包括蜂窝陶瓷载体和涂覆在其上的铂钯铈锆铝催化剂；其制备过程为：将3.641g浓度为18.54%硝酸铂和0.372g浓度为20.16%硝酸钯溶液分别浸渍到149.25g的铈锆铝材料上，铈锆铝的主要组成为：30wt％的γ-Al2O3、10wt％La2O3、50wt％CeO2、10wt％ZrO2，在130℃条件下烘干后和250g水混合制备成浆液，按照涂层负载量为150g/L将浆液涂覆到直径为25.7mm，长度为70mm蜂窝陶瓷载体上，在130℃条件下烘干后于500℃焙烧2小时后就制备一种负载贵金属Pt和Pd的铈锆铝型催化剂；将所制备的样品在850℃，20%水气和80%空气条件下老化25小时后备用。
对比例2：一种用于处理天然气燃料发动机尾气的催化剂制备，具体包括蜂窝陶瓷载体和涂覆在其上的铂钯铈锆铝催化剂；其制备过程为：将13.538g浓度为18.54%硝酸铂和1.389g浓度为20.16%硝酸钯溶液分别浸渍到149.25g的铈锆铝材料上，铈锆铝的主要组成为：30wt％的γ-Al2O3、10wt％La2O3、50wt％CeO2、10wt％ZrO2，在130℃条件下烘干后和250g水混合制备成浆液，按照涂层负载量为150g/L将浆液涂覆到直径为25.7mm，长度为70mm蜂窝陶瓷载体上，在130℃条件下烘干后于500℃焙烧2小时后就制备一种负载贵金属Pt和Pd的铈锆铝型催化剂；将所制备的样品在850℃，20%水气和80%空气条件下老化25小时后备用。
对比例3：一种用于处理天然气燃料发动机尾气的催化剂制备，具体包括蜂窝陶瓷载体和涂覆在其上的表面负载氧化钇的铂钯铈锆铝催化剂，其制备过程为：将0.405g浓度为18.54%硝酸铂和3.348g浓度为20.16%硝酸钯溶液分别浸渍到149.25g的铈锆铝材料上，铈锆铝的主要组成为：30wt％的γ-Al2O3、10wt％La2O3、50wt％CeO2、10wt％ZrO2，将制备的粉体材料在130℃条件下烘干后备用；将180g质量浓度为10.68%的Y(NO3)3水溶液浸渍在上述已烘干的的粉体材料上，在130℃条件下烘干12小时，再将烘干样品于650℃焙烧3小时后和263g水混合制备成浆液，按照涂层负载量为157.895g/L将浆液涂覆到直径为25.7mm，长度为70mm蜂窝陶瓷载体上，在130℃条件下烘干后于500℃焙烧2小时后就制备一种负载贵金属Pt和Pd的铈锆铝型催化剂；将所制备的样品在850℃，20%水气和80%空气条件下老化25小时后备用。
对比例4：一种用于处理天然气燃料发动机尾气的催化剂制备，具体包括蜂窝陶瓷载体和涂覆在其上的表面负载氧化钇的铂钯铈锆铝催化剂，其制备过程为：将3.236g浓度为18.54%硝酸铂和26.814g浓度为20.16%硝酸钯溶液分别浸渍到149.25g的铈锆铝材料上，铈锆铝的主要组成为：30wt％的γ-Al2O3、10wt％La2O3、50wt％CeO2、10wt％ZrO2，将制备的粉体材料在130℃条件下烘干后备用；将180g质量浓度为10.68%的Y(NO3)3水溶液浸渍在上述已烘干的的粉体材料上，在130℃条件下烘干12小时，再将烘干样品于650℃焙烧3小时后和263g水混合制备成浆液，按照涂层负载量为157.895g/L将浆液涂覆到直径为25.7mm，长度为70mm蜂窝陶瓷载体上，在130℃条件下烘干后于500℃焙烧2小时后就制备一种负载贵金属Pt和Pd的铈锆铝型催化剂；将所制备的样品在850℃，20%水气和80%空气条件下老化25小时后备用。
对比例5：一种用于处理天然气燃料发动机尾气的催化剂制备，具体包括蜂窝陶瓷载体和涂覆在其上的铂钯铈锆铝催化剂，其制备过程为：将3.236g浓度为18.54%硝酸铂和26.814g浓度为20.16%硝酸钯溶液分别浸渍到149.25g的铈锆铝材料上，铈锆铝的主要组成为：30wt％的γ-Al2O3、10wt％La2O3、50wt％CeO2、10wt％ZrO2，在130℃条件下烘干后和250g水混合制备成浆液，按照涂层负载量为150g/L将浆液涂覆到直径为25.7mm，长度为70mm蜂窝陶瓷载体上，在130℃条件下烘干后于500℃焙烧2小时后就制备一种负载贵金属Pt和Pd的铈锆铝型催化剂；将所制备的样品在850℃，20%水气和80%空气条件下老化25小时后备用。
将实施例5-8、对比例1-5所制得的催化剂水热老化样品做小样评价，采用固定床自换热反应器，评价条件为：60000h-1空速，0.10%的NO、0.10%的CO、0.15%的CH4、0.65%的O2、5%的CO2、10%的H2O、N2为保护气。以CH4、NOx转化率达到50%时所对应的温度作为评价催化剂起燃活性的指标，即为催化剂起燃温度T50；主要以T50来比较不同催化剂的起燃活性，其测试结果如下表1所示。
表1 实施例5-8、对比例1-5水热老化测试结果
从表1可以看出，实施例5-7中钯的含量低于铂的含量，既能够减少贵金属钯的成本，同时铂和钯产生协同作用，进一步的，实施例5-7在铂钯铈锆铝催化剂的表面负载了一层氧化钇，避免气态污染中的水与贵金属接触，稳定了贵金属铂钯价态，提高催化剂材料中贵金属的活性位点，保证了催化剂的高活性和抗高水热老化能力，提升了催化剂的耐久性，具有更优异的净化氮氧化物(NOx)和甲烷(CH4)能力。对比例1和实施例5相比，对比例2和实施例6相比，通过在铂钯铈锆铝颗粒外层负载一层氧化钇材料，能够明显提升催化剂的抗水热老化性能，可见氧化钇保护层能够避免气态污染中水直接和贵金属接触；对比例3和实施例5对比，对比例4和实施例7对比，可以发现，表面负载氧化钇的铂钯铈锆铝催化剂中，当钯的用量高于铂的用量时，催化剂的抗水热老化性能更差，活性更差，而铂的用量高于钯的用量时，发现铂和钯能够在催化反应过程中产生协同作用，既能够减少贵金属钯的成本，又能够提高催化剂材料中贵金属的活性位点，提高催化剂的活性。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种表面负载氧化钇的铂钯铈锆铝催化剂，其特征在于：在铂钯铈锆铝颗粒外表面负载一层氧化钇。
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：按照重量份数，包括5～10份的氧化钇和90～95份的铂钯铈锆铝颗粒。
3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述铂钯铈锆铝颗粒中，铂的重量百分比为0.45%～3.60%，钯的重量百分比为0.05%～0.40%；且铂的重量百分比大于钯的重量百分比。
4.根据权利要求3所述的催化剂，其特征在于：所述铂钯铈锆铝颗粒中还包括铈锆铝材料，所述铈锆铝材料包括氧化铝、氧化镧、氧化铈、氧化锆。
5.根据权利要求4所述的催化剂，其特征在于：所述铈锆铝材料包括20～40份的γ-Al2O3、5～15份La2O3、40～60份的CeO2和5～15份的ZrO2。
6.一种权利要求1～5中任一项所述催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）以等体积浸渍法在铂钯铈锆铝颗粒外表面浸渍一层可溶性钇的硝酸盐水溶液，陈化后得到中间样品；
2）将步骤1）制备得到的中间样品在烘干再焙烧；即得。
7.根据权利要求6所述的催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1）中陈化时间为10～15h；步骤2）中，烘干温度为100～150℃，烘干时间为10～15h；步骤2）中焙烧温度为600～700℃，焙烧时间为2～4h。
8.根据权利要求6所述的催化剂的制备方法，其特征在于：所述钇的硝酸盐水溶液为质量浓度10.68%～22.55%的Y(NO3)3水溶液。
9.根据权利要求6所述的催化剂的制备方法，其特征在于：所述铂钯铈锆铝颗粒的制备方法为：将硝酸铂和硝酸钯溶液分别浸渍到铈锆铝材料上，在100～150℃下烘干。
10.一种权利要求1～5中任一项所述催化剂的应用，其特征在于：所述催化剂用于净化天然气发动机尾气中的甲烷和氮氧化合物。
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