RU2709862C1 - Method for preparing compositions based on oxides of zirconium and cerium - Google Patents

Method for preparing compositions based on oxides of zirconium and cerium Download PDF

Info

Publication number
RU2709862C1
RU2709862C1 RU2018143393A RU2018143393A RU2709862C1 RU 2709862 C1 RU2709862 C1 RU 2709862C1 RU 2018143393 A RU2018143393 A RU 2018143393A RU 2018143393 A RU2018143393 A RU 2018143393A RU 2709862 C1 RU2709862 C1 RU 2709862C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cerium
zirconium
solution
lanthanum
suspension
Prior art date
Application number
RU2018143393A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Рычков
Максим Алексеевич Машковцев
Полина Анатольевна Берескина
Антон Васильевич Пономарев
Егор Витальевич Гордеев
Евгений Олегович Бакшеев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2018143393A priority Critical patent/RU2709862C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2709862C1 publication Critical patent/RU2709862C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9445Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/066Zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/10Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of rare earths
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G25/00Compounds of zirconium
    • C01G25/006Compounds containing, besides zirconium, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G25/00Compounds of zirconium
    • C01G25/02Oxides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: manufacturing technology.
SUBSTANCE: invention can be used in production of three-route catalysts for exhaust gases purification. Method of obtaining compositions based on zirconium and cerium oxides used in three-route catalysts involves preparing a solution containing nitrates of zirconium, cerium, lanthanum and another rare-earth element selected from yttrium and neodymium. Suspension is prepared by mixing said solution and basic compound. Concentration of metal oxides in solution containing nitrates of zirconium, cerium, lanthanum and other rare-earth element is at level from 20 to 30 g/dm3 in terms of final composition. Prior to precipitation, ammonium nitrate is added to solution to achieve concentration of 0.5 to 1 mol/dm3. Suspension is prepared while stirring and maintaining the pH value at level of 8–10 due to controlled simultaneous dosing of the solution containing nitrates of zirconium, cerium, lanthanum and other rare-earth element, as well as ammonium nitrate and aqueous ammonia solution into the total reaction volume. Performing hydrothermal treatment with holding at temperature of 70–160 °C for 0.25–48 hours. Surfactants are added to the suspension, filtered, dried and calcined obtained residue at 500–1,000 °C.
EFFECT: invention increases specific surface of the product, reduces the amount of surfactant used, increases resistance of the composition to high temperatures.
1 cl, 1 tbl, 7 ex

Description

Изобретение относится к технологии получения композиций на основе церия с повышенной устойчивостью к воздействию высоких температур предназначенного для применения в составе трехмаршрутных катализаторах.The invention relates to a technology for producing compositions based on cerium with high resistance to high temperatures intended for use in three-way catalysts.

Для очистки выхлопных газов автомобилей с бензиновыми двигателями применяются трехмаршрутные катализаторы, функция которых одновременная конверсия загрязняющих веществ, а именно, окисление углеводородов и угарного' газа, а также восстановление оксидов азота. Выполнение данной функции возможно только при стехиометрическом соотношении окислителей и восстановителей в газовой фазе. Для поддержания стехиометрического соотношения газовой фазы, в составе трехмаршрутных катализаторах применяются материалы способные поглощать и высвобождать кислород из своей кристаллической решетки, тем самым поддерживать стабильность газовой фазы. В составе композиций применяются оксид церия, обуславливающий способность материалов обратим высвобождать кислород, а также оксиды циркония, иттрия и оксиды других редкоземельных элементов необходимые для повышения устойчивости к воздействию высоких температур.Three-way catalysts are used to clean the exhaust gases of cars with gasoline engines, the function of which is the simultaneous conversion of pollutants, namely, the oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide, as well as the reduction of nitrogen oxides. The performance of this function is possible only with a stoichiometric ratio of oxidizing agents and reducing agents in the gas phase. To maintain the stoichiometric ratio of the gas phase, materials capable of absorbing and releasing oxygen from their crystal lattice are used in the three-way catalysts, thereby maintaining the stability of the gas phase. The composition uses cerium oxide, which determines the ability of materials to reversibly release oxygen, as well as oxides of zirconium, yttrium and oxides of other rare earth elements necessary to increase resistance to high temperatures.

Современной тенденцией является перемещение систем очистки ближе к двигателю, это приводит к решению проблемы холодного пуска и повышению температуры эксплуатации катализаторов. Длительная эксплуатация автомобильных катализаторов в условиях воздействия повышенных температур на уровне 1000°С приводит к укрупнению частиц материалов носителей, спеканию частиц благородных металлов, что ведет к снижению доступной площади поверхности благородных металлов и соответственно к снижению удельной каталитической активности. Таким образом, материалы, используемые в составе трехмаршрутных катализаторов, должны обладать высокой устойчивостью к воздействию высоких температур. Именно поэтому, актуальным является разработка новых способов получения композиций, состоящих из оксидов церия и циркония, а также по крайней мере оксида одного редкоземельного элемента, выбранного из иттрия, лантана и неодима, обеспечивающих устойчивость композиций к воздействию высоких температур, которая проявляется в сохранении высокой удельной поверхности на уровне не ниже 50 м2/г после обжига при температуре 1000°С в течение 4 часов.The current trend is to move the cleaning systems closer to the engine, this leads to a solution to the problem of cold start and increase the operating temperature of the catalysts. Long-term operation of automotive catalysts under conditions of elevated temperatures at the level of 1000 ° C leads to coarsening of particles of carrier materials, sintering of particles of noble metals, which leads to a decrease in the available surface area of noble metals and, accordingly, to a decrease in specific catalytic activity. Thus, the materials used in the three-way catalysts must be highly resistant to high temperatures. That is why it is urgent to develop new methods for producing compositions consisting of cerium and zirconium oxides, as well as at least one rare-earth oxide selected from yttrium, lanthanum and neodymium, which ensure the compositions are resistant to high temperatures, which is manifested in maintaining a high specific surface at a level not lower than 50 m 2 / g after firing at a temperature of 1000 ° C for 4 hours.

Наиболее близким к данному изобретению является способ получения композиции на основе церия и циркония с добавлением по меньшей мере одного редкоземельного элемента, который описан в патенте [RU 2648072, приор, от 06.05.2010, опубл. 10.10.2014, МПК C01G 25/00 и др.]. Согласно изобретению способ включает приготовление раствора содержащего соединения циркония, церия, лантана и другого редкоземельного элемента, приготовление суспензии путем смешения указанного выше раствора и основного соединения, нагрев полученной суспензии, добавление ПАВа в суспензию, фильтрацию суспензии, сушку и обжиг полученного осадка.Closest to this invention is a method for producing a composition based on cerium and zirconium with the addition of at least one rare earth element, which is described in the patent [RU 2648072, prior, from 05/06/2010, publ. 10/10/2014, IPC C01G 25/00, etc.]. According to the invention, the method includes preparing a solution containing zirconium, cerium, lanthanum and other rare earth elements, preparing a suspension by mixing the above solution and the basic compound, heating the resulting suspension, adding a surfactant to the suspension, filtering the suspension, drying and calcining the resulting precipitate.

Технической проблемой, на решение которой направленно данное изобретение, является необходимость использовать большое количество ПАВ, промывку осадка, а также низкое значение удельной поверхности конечной композиции.The technical problem to which this invention is directed is the need to use a large amount of surfactant, washing the precipitate, as well as a low specific surface area of the final composition.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в преодоление вышеописанных недостатков: повышение уровня удельной поверхности системы при том же количестве используемого ПАВ или существенное снижение количества, необратимо теряемого ПАВ для достижения одного и того же уровня удельной поверхности за счет модификации процесса гидролиза солей металлов на стадии осаждения.The technical result achieved by the implementation of the invention is to overcome the above-described disadvantages: increasing the specific surface area of the system with the same amount of surfactant used or significantly reducing the amount of surfactant irreversibly lost to achieve the same specific surface level by modifying the process of hydrolysis of metal salts to deposition stage.

Заявленный способ получения композиций из оксидов церия и циркония, а также по крайней мере одного редкоземельного элемента, выбранного из иттрия, лантана и неодима, обеспечивающий высокую устойчивость к воздействию высоких температур, включает в себя:The claimed method for producing compositions of cerium and zirconium oxides, as well as at least one rare earth element selected from yttrium, lanthanum and neodymium, providing high resistance to high temperatures, includes:

- приготовление общего раствора, содержащего растворимые соли циркония, церия, а также одного или нескольких редкоземельных элементов, выбранных из иттрия, лантана и неодима с концентрацией от 2 0 до 30 г/дм3 в пересчете на конечную композицию;- preparation of a common solution containing soluble salts of zirconium, cerium, as well as one or more rare earth elements selected from yttrium, lanthanum and neodymium with a concentration of from 20 to 30 g / dm 3 in terms of the final composition;

- введение нитрата аммония в общий раствор до достижения концентрации нитрата аммония от 0,5 до 1 моль/дм3;- the introduction of ammonium nitrate in a common solution until the concentration of ammonium nitrate from 0.5 to 1 mol / DM 3 ;

- введение дистиллированной воды в реакционный объем, осаждение гидратированных оксидов церия, циркония, а также по крайней мере одного редкоземельного элемента, выбранного из иттрия, лантана или неодима, путем дозирования указанного выше общего раствора в реакционный объем, в котором поддерживается постоянное значение рН на уровне от 8 до 10 включительно, предпочтительно от 8,5 до 9,5, за счет контролируемого введения реагента-осадителя основного характера в реакционный объем;- the introduction of distilled water into the reaction volume, the precipitation of hydrated oxides of cerium, zirconium, as well as at least one rare earth element selected from yttrium, lanthanum or neodymium, by dosing the above general solution into the reaction volume, in which a constant pH value is maintained at a level from 8 to 10 inclusive, preferably from 8.5 to 9.5, due to the controlled introduction of the precipitating reagent of the main nature in the reaction volume;

- проведение гидротермальной обработки суспензии при температурах от 70°С до 160°С, предпочтительно от 120°С до 130°С, с выдержкой при заданной температуре в течение от 0,25 до 4 8 часов, предпочтительно от 0,25 до 1 часа;- carrying out hydrothermal treatment of the suspension at temperatures from 70 ° C to 160 ° C, preferably from 120 ° C to 130 ° C, with exposure at a given temperature for from 0.25 to 4 8 hours, preferably from 0.25 to 1 hour ;

- отделение осадка от жидкой части любым известным способом, предпочтительно методом фильтрации на нутч-фильтре;- separation of the precipitate from the liquid part by any known method, preferably by suction filter filtration;

- добавка к осадку ПАВ из группы анионных поверхностно-активных вещества, неионогенных поверхностно-активных веществ, полиэтиленгликолей, предельных спиртов, карбоновых кислот и их солей;- additive to the precipitate surfactants from the group of anionic surfactants, nonionic surfactants, polyethylene glycols, saturated alcohols, carboxylic acids and their salts;

- сушка и обжиг полученного осадка.- drying and firing the precipitate obtained.

Соотношение церия, циркония и одного или нескольких редкоземельных элементов, выбранных из иттрия, лантана и неодима, выражается общей формулой: Ce1-n-mZrnLnmOx, где Ln - оксид или оксиды редкоземельных элементов, выбранных из иттрия, лантана и неодима, n - массовая доля оксида циркония, которая варьируется от 0,1 до 0,9, по предпочтительному способу получения n=0,5; m - массовая доля оксида или оксидов редкоземельных элементов, выбранных из иттрия, лантана и неодима, которая варьируется от 0,1 до 0,2, по предпочтительному способу получения композиции m=0,1.The ratio of cerium, zirconium and one or more rare-earth elements selected from yttrium, lanthanum and neodymium is expressed by the general formula: Ce 1-nm Zr n Ln m O x , where Ln is the oxide or oxides of rare-earth elements selected from yttrium, lanthanum and neodymium , n is the mass fraction of zirconium oxide, which varies from 0.1 to 0.9, according to the preferred method of obtaining n = 0.5; m is the mass fraction of the oxide or oxides of rare earths selected from yttrium, lanthanum and neodymium, which varies from 0.1 to 0.2, according to the preferred method of obtaining the composition m = 0.1.

Авторы нашли, что введение нитрата аммония в общий раствор, содержащий растворимые соли циркония, церия, а также одного или нескольких редкоземельных элементов, выбранных из иттрия, лантана и неодима, позволяет модифицировать процесс гидролиза солей металлов на стадии осаждения, что в конечном счете позволяет получить композиции устойчивые к воздействию высоких температур.The authors found that the introduction of ammonium nitrate into a common solution containing soluble salts of zirconium, cerium, as well as one or more rare earth elements selected from yttrium, lanthanum and neodymium, allows you to modify the process of hydrolysis of metal salts at the deposition stage, which ultimately allows to obtain compositions resistant to high temperatures.

Без модифицирования процесса осаждения путем введения нитрата аммония, формирующиеся в процессе гидролиза зародыши гидратированных оксидов металлов в результате процессов коагуляции собираются в плотные агломераты, формирующие при последующей термической обработке композицию с меньшей устойчивостью к воздействию высоких температур, чем композиция, для которой процесс осаждения вели в присутствии нитрата аммония.Without modifying the deposition process by introducing ammonium nitrate, the nuclei of hydrated metal oxides formed during hydrolysis as a result of coagulation processes are collected in dense agglomerates, which, during subsequent heat treatment, form a composition with lower resistance to high temperatures than the composition for which the deposition process was carried out in the presence of ammonium nitrate.

При введении нитрата аммония в общий раствор, удается модифицировать процесс гидролиза солей металлов, при этом нитрат аммония проявляет буферное действие и подавляет процессы коагуляции зародышей гидратированных оксидов металлов за счет увеличения времени нейтрализации капли по мере ее распространения в реакционном объеме. В данном случае зародыши гидратированных оксидов металлов собираются в рыхлые агрегаты, формирующие при последующей термической обработке композиции с высокой устойчивостью к воздействию высоких температур, характеризующиеся развитой фрактальной пористостью. Однако превышение концентрации нитрата аммония в общем растворе критического значения может привести к интенсификации процессов коагуляции, что в конечном счете приводит к формированию композиций с низкой устойчивостью к воздействию высоких температур.When ammonium nitrate is introduced into the general solution, it is possible to modify the process of hydrolysis of metal salts, while ammonium nitrate exerts a buffering effect and suppresses the coagulation of the nuclei of hydrated metal oxides by increasing the neutralization time of the droplet as it spreads in the reaction volume. In this case, the nuclei of hydrated metal oxides are collected in loose aggregates, which, upon subsequent heat treatment, form compositions with high resistance to high temperatures, characterized by developed fractal porosity. However, an excess of the concentration of ammonium nitrate in the general solution of critical value can lead to the intensification of coagulation processes, which ultimately leads to the formation of compositions with low resistance to high temperatures.

Сущность изобретения поясняется фигурами, где изображено:The invention is illustrated by figures, which depict:

- на фиг. 1 - таблица значений удельной поверхности образцов, полученных по различным примерам,- in FIG. 1 is a table of values of the specific surface of the samples obtained by various examples,

На первой стадии получения композиций на основе циркония, церия с добавкой одного или нескольких редкоземельных элементов, выбранных из иттрия, лантана и неодима, готовят общий раствор заявленных элементов в жидкой среде с концентрацией от 20 до 30 г/дм3 в пересчете на конечную композицию. Использование общего раствора с концентрацией ниже 20 г/дм3 в пересчете на конечную композицию требует аппаратов большого объема, что не целесообразно с технологической точки зрения, а использование раствора с концентрацией выше 30 г/дм3 в пересчете на конечную композицию не позволяет достигнуть заявленного технического результата из-за повышения влияния солевого фона. В качестве жидкой среды может выступать любая жидкость, по преимущественному способу реализации изобретения жидкой средой является вода. В качестве соединений могут быть использованы соли циркония и РЗЭ, в том числе нитраты, хлориды, сульфаты, ацетаты. Также возможно приготовление солей циркония и РЗЭ путем растворения карбонатов или оксидов в различных минеральных кислотах. По преимущественному способу реализации изобретения для приготовления раствора соли циркония и церия используются карбонаты заявленных металлов и концентрированная азотная кислота, для получения растворов других редкоземельных элементов, выбранных из иттрия, лантана и неодима, используются оксиды редкоземельных металлов и концентрированная азотная кислота.At the first stage of obtaining compositions based on zirconium, cerium with the addition of one or more rare earth elements selected from yttrium, lanthanum and neodymium, a general solution of the claimed elements is prepared in a liquid medium with a concentration of from 20 to 30 g / dm 3 in terms of the final composition. The use of a general solution with a concentration below 20 g / dm 3 in terms of the final composition requires large volume apparatuses, which is not expedient from a technological point of view, and the use of a solution with a concentration above 30 g / dm 3 in terms of the final composition does not allow reaching the declared technical result due to increased influence of salt background. Any liquid can be used as a liquid medium; in a preferred embodiment of the invention, the liquid medium is water. As compounds can be used salts of zirconium and REE, including nitrates, chlorides, sulfates, acetates. It is also possible to prepare zirconium and REE salts by dissolving carbonates or oxides in various mineral acids. According to the preferred method of implementing the invention, carbonates of the claimed metals and concentrated nitric acid are used to prepare a solution of zirconium and cerium salts, rare-earth oxides and concentrated nitric acid are used to obtain solutions of other rare earth elements selected from yttrium, lanthanum and neodymium.

На второй стадии к приготовленному на первой стадии общему раствору солей добавляют нитрат аммония до достижения концентрации в растворе от 0,5 до 1 моль/дм3. При концентрации нитрата аммония в общем растворе ниже 0,5 моль/дм3 снижается влияние буферного эффекта, при этом уменьшается время нейтрализации капли и повышается активность процессов коагуляции, а при концентрации выше 1 моль/дм3 происходит интенсификация процессов коагуляции, за счет эффекта сжатия двойного электрического слоя, что приводит к формированию композиций с низкой устойчивостью к воздействию высоких температур.In the second stage, ammonium nitrate is added to the general salt solution prepared in the first stage until the concentration in the solution is from 0.5 to 1 mol / dm 3 . When the concentration of ammonium nitrate in the total solution is below 0.5 mol / dm 3, the effect of the buffer effect is reduced, while the time of drop neutralization is reduced and the activity of coagulation processes is increased, and at a concentration above 1 mol / dm 3 , coagulation processes are intensified due to the compression effect double electric layer, which leads to the formation of compositions with low resistance to high temperatures.

На третьей стадии готовят исходный реакционный объем который представляет из себя дистиллированную воду. Далее проводят осаждение гидратированных оксидов церия, циркония, а также одного или нескольких редкоземельных элементов, выбранных из иттрия, лантана или неодима. Осаждение проводят путем одновременного дозирования общего раствора и основного соединения в указанный выше исходный реакционный объем, при этом рН реакционной смеси поддерживают на уровне от 8 до 10, предпочтительно от 8,5 до 9,5, за счет регулирования скоростей подачи общего раствора и основного соединения. В качестве основного соединения могут быть использованы растворы аммиака, гидроксида натрия или калия, тетраметиламина и других соединений, по предпочтительному способу реализации изобретения используется водный раствор аммиака.In the third stage, the initial reaction volume is prepared, which is distilled water. Next, the hydrated oxides of cerium, zirconium, and one or more rare earth elements selected from yttrium, lanthanum, or neodymium are precipitated. Precipitation is carried out by simultaneously dosing the total solution and the basic compound in the above initial reaction volume, while the pH of the reaction mixture is maintained at a level of from 8 to 10, preferably from 8.5 to 9.5, by controlling the feed rates of the general solution and the basic compound . As the main compound, solutions of ammonia, sodium or potassium hydroxide, tetramethylamine and other compounds can be used. An aqueous solution of ammonia is used in a preferred embodiment of the invention.

На четвертой стадии проводят нагрев полученного на предыдущей стадии осадка в жидкой среде. Осадок нагревают до температуры не менее 70°С, обычно до температуры от 100°С до 160°С.Операцию нагрева предпочтительно проводит в закрытом сосуде типа автоклав. Продолжительность нагрева может варьироваться в широких пределах, например, от 0,25 до 48 часов, предпочтительно от 0,25 до 1 часа. Скорость нагрева не является критичной.In the fourth stage, the precipitate obtained in the previous stage is heated in a liquid medium. The precipitate is heated to a temperature of at least 70 ° C, usually to a temperature of from 100 ° C to 160 ° C. The heating operation is preferably carried out in a closed vessel such as an autoclave. The duration of heating can vary within wide limits, for example, from 0.25 to 48 hours, preferably from 0.25 to 1 hour. The heating rate is not critical.

На пятой стадии проводят отделение осадка от жидкой части любым известным способом, предпочтительно использовать фильтрацию с помощью нутч-фильтра.In the fifth stage, the precipitate is separated from the liquid part by any known method, it is preferable to use filtration using a suction filter.

На шестой стадии к полученному на предыдущем этапа осадку добавляют ПАВ из группы анионных ПАВ, неионных ПАВ, полиэтиленгликолей и карбоновых кислот и их солей, а также ПАВов типа этоксилатов жирных карбоксиметилированных спиртов и предельных спиртов.At the sixth stage, surfactants from the group of anionic surfactants, nonionic surfactants, polyethylene glycols and carboxylic acids and their salts, as well as surfactants such as ethoxylates of fatty carboxymethylated alcohols and saturated alcohols are added to the precipitate obtained in the previous step.

Завершающей стадией проводят сушку и обжиг полученного осадка. Режим сушки осадка не является критичным. Обычно сушку проводят при температуре от комнатной до 200°С до полного удаления влаги из осадка. Далее проводят обжиг полученного после сушки осадка. Температура обжига может варьироваться от 500 до 1000°С.The final stage is the drying and firing of the obtained precipitate. The mode of drying the precipitate is not critical. Usually, drying is carried out at a temperature of from room temperature to 200 ° C until the moisture is completely removed from the precipitate. Then carry out the firing obtained after drying the precipitate. The firing temperature can vary from 500 to 1000 ° C.

Пример 1Example 1

Этот пример относится к композиции из 50% массовых диоксида циркония, 40% диоксида церия 5% оксида иттрия и 5% оксида лантана.This example relates to a composition of 50% by weight zirconia, 40% cerium dioxide 5% yttrium oxide and 5% lanthanum oxide.

В химический стакан при перемешивании вводят 40 см3 нитрата цирконила (158 г/дм3 в пересчете на ZrO2), 31 см3 нитрата церия (163 г/дм3 в пересчете на CeO2), 4,1 см3 нитрата лантана (152 г/дм3 в пересчете на La2O3) и 3,7 см3 нитрата иттрия (166 г/дм3 в пересчете на Y2O3). Затем добавляют дистиллированную воду, чтобы получить 500 см3 общего азотнокислого раствора с концентрацией 25 г/дм3 в пересчете на Zr0.5Ce0.4Y0.05La0.05Ox. В полученный раствор добавляют 40 г нитрата аммония, для получения общего раствора с концентрацией нитрата аммония в нем 1 моль/дм3. Параллельно с этим готовят реакционный объем путем введения 200 см3 дистиллированной воды в реактор с мешалкой и датчиком рН. Далее проводят одновременное дозирование общего раствора и 10%-го водного раствора аммиака в реакционный объем, при этом значение рН в реакционной смеси поддерживают на уровне 9.40 cm 3 of zirconyl nitrate (158 g / dm 3 in terms of ZrO 2 ), 31 cm 3 of cerium nitrate (163 g / dm 3 in terms of CeO 2 ), 4.1 cm 3 of lanthanum are introduced into a beaker with stirring 152 g / dm 3 in terms of La 2 O 3 ) and 3.7 cm 3 of yttrium nitrate (166 g / dm 3 in terms of Y 2 O 3 ). Then add distilled water to obtain 500 cm 3 total nitric acid solution with a concentration of 25 g / DM 3 in terms of Zr 0 . 5 Ce 0.4 Y 0.05 La 0.05 O x . 40 g of ammonium nitrate are added to the resulting solution to obtain a total solution with a concentration of ammonium nitrate in it of 1 mol / dm 3 . In parallel with this, a reaction volume is prepared by introducing 200 cm 3 of distilled water into a reactor with a stirrer and a pH sensor. Next, the general solution and a 10% aqueous ammonia solution are simultaneously dosed into the reaction volume, while the pH in the reaction mixture is maintained at 9.

Полученную суспензию помещают в автоклав и нагревают до температуры 120°С и выдерживают при заданной температуре 15 минут.The resulting suspension is placed in an autoclave and heated to a temperature of 120 ° C and maintained at a given temperature for 15 minutes.

Полученную таким образом суспензию фильтруют на вакуумном нутч-фильтре. Далее осадок помещают в химический стакан и при перемешивании обрабатывают изопропанолом до достижения концентрации изопропанола в жидкой части суспензии значения 90±1% массовых.The suspension thus obtained is filtered on a suction vacuum filter. Next, the precipitate is placed in a beaker and treated with isopropanol with stirring until the concentration of isopropanol in the liquid part of the suspension reaches 90 ± 1% by mass.

Затем водно-спиртовую суспензию фильтруют на вакуумном нутч-фильтре, полученный осадок сушат при 120°С в течение 2 часов и обжигают при температуре 500°С и 1000°С в течение 2 часов и 4 часов соответственно.Then the aqueous-alcoholic suspension is filtered on a vacuum suction filter, the resulting precipitate is dried at 120 ° C for 2 hours and calcined at a temperature of 500 ° C and 1000 ° C for 2 hours and 4 hours, respectively.

Пример 2Example 2

Этот пример относится к композиции из 50% массовых диоксида циркония, 30% диоксида церия, 10% оксида лантана и 10% оксида неодима.This example relates to a composition of 50% by weight zirconia, 30% cerium dioxide, 10% lanthanum oxide and 10% neodymium oxide.

В химический стакан при перемешивании вводят 40 см3 нитрата цирконила (158 г/дм3 в пересчете на ZrO2), 23 см3 нитрата церия (163 г/ дм3 в пересчете на CeO2), 8 см3 нитрата лантана (152 г/дм3 в пересчете на La2O3) и 7 см3 нитрата неодима (167 г/дм3 в пересчете на Nd2O3). В полученный раствор добавляют 40 г нитрата аммония, для получения общего раствора с концентрацией нитрата аммония в нем 1 моль/дм3. Затем добавляют дистиллированную воду, чтобы получить 500 см3 общего азотнокислого раствора с концентрацией 25 г/дм3 в пересчете на Zr0.5Ce0.3La0.1Nd0.1Ox.40 cm 3 of zirconyl nitrate (158 g / dm 3 in terms of ZrO 2 ), 23 cm 3 of cerium nitrate (163 g / dm 3 in terms of CeO 2 ), 8 cm 3 of lanthanum nitrate (152 g / dm 3 in terms of La 2 O 3 ) and 7 cm 3 of neodymium nitrate (167 g / dm 3 in terms of Nd 2 O 3 ). 40 g of ammonium nitrate are added to the resulting solution to obtain a total solution with a concentration of ammonium nitrate in it of 1 mol / dm 3 . Then distilled water is added to obtain 500 cm 3 of a total nitric acid solution with a concentration of 25 g / dm 3 in terms of Zr 0.5 Ce 0.3 La 0.1 Nd 0.1 O x .

Дальнейшие операции проводят так же как описано в примере 1.Further operations are carried out as described in example 1.

Пример 3Example 3

Состав такой же как в примере 1.The composition is the same as in example 1.

Исходный раствор содержащий ионы церия, цирконила, иттрия и лантана готовят так же как в примере 1. В полученный раствор добавляют 20 г нитрата аммония, для получения общего раствора с концентрацией нитрата аммония в нем 0,5 моль/дм3.An initial solution containing ions of cerium, zirconyl, yttrium and lanthanum is prepared as in Example 1. 20 g of ammonium nitrate are added to the resulting solution to obtain a total solution with a concentration of ammonium nitrate of 0.5 mol / dm 3 in it .

Последующие операции проводятся так же как в примере 1.Subsequent operations are carried out as in example 1.

Пример 4Example 4

Состав такой же как в примере 1.The composition is the same as in example 1.

В химический стакан при перемешивании вводят 31 см3 нитрата цирконила (158 г/дм3 в пересчете на ZrO2), 24 мл нитрата церия (163 г/дм3 в пересчете на CeO2), 3,2 см3 нитрата лантана (152 г/дм3 в пересчете на La2O3) и 3 см3 нитрата иттрия (166 г/дм3 в пересчете на Y2O3). Затем добавляют дистиллированную воду, чтобы получить 500 см3 общего азотнокислого раствора с концентрацией 20 г/дм3 в пересчете на Zr0.5Ce0.4Y0.05La0.05Ox.31 cm 3 of zirconyl nitrate (158 g / dm 3 in terms of ZrO 2 ), 24 ml of cerium nitrate (163 g / dm 3 in terms of CeO 2 ), 3.2 cm 3 of lanthanum are introduced into a beaker with stirring, 15.2 g / dm 3 in terms of La 2 O 3 ) and 3 cm 3 of yttrium nitrate (166 g / dm 3 in terms of Y 2 O 3 ). Then add distilled water to obtain 500 cm 3 total nitric acid solution with a concentration of 20 g / DM 3 in terms of Zr 0 . 5 Ce 0.4 Y 0.05 La 0.05 O x .

Последующие операции проводятся так же как в примере 1.Subsequent operations are carried out as in example 1.

Пример 5 (сравнительный). Состав такой же как в примере 1Example 5 (comparative). The composition is the same as in example 1

Исходный раствор содержащий ионы церия, цирконила, иттрия и лантана готовят так же как в примере 1, только в полученный раствор не добавляют нитрат аммония.An initial solution containing ions of cerium, zirconyl, yttrium and lanthanum is prepared as in example 1, only ammonium nitrate is not added to the resulting solution.

Последующие операции проводятся так же как в примере 1.Subsequent operations are carried out as in example 1.

Пример 6 (сравнительный)Example 6 (comparative)

Состав такой же как в примере 1The composition is the same as in example 1

Исходный раствор, содержащий ионы церия, цирконила, иттрия и лантана, готовят так же как в примере 1. В полученный раствор добавляют 80 г нитрата аммония, для получения общего раствора с концентрацией нитрата аммония в нем 2 моль/дм3.An initial solution containing ions of cerium, zirconyl, yttrium and lanthanum is prepared as in Example 1. 80 g of ammonium nitrate are added to the resulting solution to obtain a total solution with a concentration of ammonium nitrate in it of 2 mol / dm 3 .

Последующие операции проводятся так же как в примере 1.Subsequent operations are carried out as in example 1.

Пример 7 (сравнительный)Example 7 (comparative)

Состав такой же, как в примере 1The composition is the same as in example 1

В химический стакан при перемешивании вводят 78 см3 нитрата цирконила (158 г/дм3 в пересчете на ZrO2), 46 см3 нитрата церия (163 г/дм3 в пересчете на СеО2), 16 см3 нитрата лантана (152 г/дм3 в пересчете на La2O3) и 15 см3 нитрата иттрия (166 г/дм3 в пересчете на Y2O3). Затем добавляют дистиллированную воду, чтобы получить 500 см3 общего азотнокислого раствора с концентрацией 50 г/дм3 в пересчете на Zr0.5Ce0.4Y0.05La0.05Ox 78 cm 3 of zirconyl nitrate (158 g / dm 3 in terms of ZrO 2 ), 46 cm 3 of cerium nitrate (163 g / dm 3 in terms of CeO 2 ), 16 cm 3 of lanthanum nitrate (152 g / dm 3 in terms of La 2 O 3 ) and 15 cm 3 of yttrium nitrate (166 g / dm 3 in terms of Y 2 O 3 ). Then, distilled water is added to obtain 500 cm 3 of a total nitric acid solution with a concentration of 50 g / dm 3 in terms of Zr 0 . 5 Ce 0.4 Y 0.05 La 0.05 O x

Последующие операции проводятся так же, как в примере 1.Subsequent operations are carried out as in example 1.

Для определения устойчивости композиций к воздействию высоких температур все образцы подвергались термической обработке при температуре 1000°С в течение 4 часов. Результаты определения удельной поверхности представлены на фиг. 1. Определение удельной поверхности композиций проводилось с использованием низкотемпературной адсорбции азота (-196°С) на приборе NOVA Quantachrorae 1200Е. Показано, что ведение процесса осаждения гидратированных оксидов в условиях когда концентрация исходного общего азотнокислого раствора находится в диапазоне от 20-30 г/дм3 в пересчете на конечный продукт, а концентрация нитрата аммония в исходном растворе варьируется от 0,5 до 1 моль/дм3 приводит к росту удельной поверхности формируемых композиций после обжига 1000°С в течение 4 часов, что определяет выгоду от использования предложенного способа.To determine the resistance of the compositions to high temperatures, all samples were subjected to heat treatment at a temperature of 1000 ° C for 4 hours. The results of determining the specific surface are presented in FIG. 1. The specific surface area of the compositions was determined using low-temperature nitrogen adsorption (-196 ° C) on a NOVA Quantachrorae 1200E instrument. It is shown that the process of deposition of hydrated oxides under conditions when the concentration of the initial total nitric acid solution is in the range from 20-30 g / dm 3 in terms of the final product, and the concentration of ammonium nitrate in the initial solution varies from 0.5 to 1 mol / dm 3 leads to an increase in the specific surface of the formed compositions after firing at 1000 ° C for 4 hours, which determines the benefit of using the proposed method.

Claims (1)

Способ получения композиций на основе оксидов циркония и церия, предназначенных для применения в составе трехмаршрутных катализаторов, включающий приготовление раствора, содержащего нитраты циркония, церия, лантана и другого редкоземельного элемента, приготовление суспензии путем смешения указанного выше раствора и основного соединения, проведения гидротермальной обработки при температуре 70-160°С с выдержкой при этой температуре в течение 0,25-48 ч, добавление ПАВ в суспензию, фильтрацию суспензии, сушку и обжиг полученного осадка при 500-1000°С, отличающийся тем, что концентрация оксидов металлов в приготовленном растворе, содержащем нитраты циркония, церия, лантана и другого редкоземельного элемента, находится на уровне от 20 до 30 г/дм3 в пересчете на конечную композицию, и перед осаждением в указанный выше раствор вводят нитрат аммония до достижения концентрации последнего от 0,5 до 1 моль/дм3, приготовление суспензии осуществляют при перемешивании и поддержании постоянного значения рН на уровне от 8 до 10 включительно за счет контролируемого одновременного дозирования раствора, содержащего нитраты циркония, церия, лантана и другого редкоземельного элемента, а также нитрат аммония, и водного раствора аммиака в общий реакционный объем.A method of obtaining compositions based on zirconium and cerium oxides intended for use in three-way catalysts, comprising preparing a solution containing zirconium, cerium, lanthanum and other rare-earth element nitrates, preparing a suspension by mixing the above solution and the main compound, carrying out hydrothermal treatment at a temperature 70-160 ° С with holding at this temperature for 0.25-48 hours, adding surfactants to the suspension, filtering the suspension, drying and calcining the resulting precipitate at 500- 1000 ° C, characterized in that the concentration of metal oxides in the prepared solution containing nitrates of zirconium, cerium, lanthanum and other rare earth elements is at a level of from 20 to 30 g / DM 3 in terms of the final composition, and before precipitation in the above 10 inclusive due to controlled simultaneous dispensing races ammonium nitrate solution is introduced until a concentration of the latter from 0.5 to 1 mol / dm 3 slurry preparation is carried out by stirring and maintaining a constant pH level of 8 thief containing zirconium nitrate, cerium, lanthanum and other rare earth elements, ammonium and nitrate and an aqueous ammonia solution in the total reaction volume.
RU2018143393A 2018-12-07 2018-12-07 Method for preparing compositions based on oxides of zirconium and cerium RU2709862C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018143393A RU2709862C1 (en) 2018-12-07 2018-12-07 Method for preparing compositions based on oxides of zirconium and cerium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018143393A RU2709862C1 (en) 2018-12-07 2018-12-07 Method for preparing compositions based on oxides of zirconium and cerium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2709862C1 true RU2709862C1 (en) 2019-12-23

Family

ID=69022835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018143393A RU2709862C1 (en) 2018-12-07 2018-12-07 Method for preparing compositions based on oxides of zirconium and cerium

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2709862C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766540C1 (en) * 2021-05-27 2022-03-15 Евгений Олегович Бакшеев Method of producing oxide compositions of cerium-zirconium and rare-earth elements

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6528451B2 (en) * 2001-03-13 2003-03-04 W.R. Grace & Co.-Conn. Catalyst support material having high oxygen storage capacity and method of preparation thereof
EP2223905A1 (en) * 2009-02-27 2010-09-01 Treibacher Industrie AG Novel zirconia ceria compositions
JP4765382B2 (en) * 2005-04-18 2011-09-07 トヨタ自動車株式会社 Manufacturing method of complex oxide with heat resistance
RU2529866C2 (en) * 2010-05-06 2014-10-10 Родиа Операсьон Composition based on oxides of zirconium, cerium and at least another rare-earth metal with specific porosity, method for production and use in catalysis
RU2648072C2 (en) * 2013-02-05 2018-03-22 Родиа Операсьон Precipitated and calcined composition based on zirconium oxide and cerium oxide

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6528451B2 (en) * 2001-03-13 2003-03-04 W.R. Grace & Co.-Conn. Catalyst support material having high oxygen storage capacity and method of preparation thereof
JP4765382B2 (en) * 2005-04-18 2011-09-07 トヨタ自動車株式会社 Manufacturing method of complex oxide with heat resistance
EP2223905A1 (en) * 2009-02-27 2010-09-01 Treibacher Industrie AG Novel zirconia ceria compositions
RU2529866C2 (en) * 2010-05-06 2014-10-10 Родиа Операсьон Composition based on oxides of zirconium, cerium and at least another rare-earth metal with specific porosity, method for production and use in catalysis
RU2648072C2 (en) * 2013-02-05 2018-03-22 Родиа Операсьон Precipitated and calcined composition based on zirconium oxide and cerium oxide

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МАШКОВЦЕВ М.А. и др., Синтез и физико-химическое исследование материалов состава Zr0,5Ce0,4Ln0,1Ox (где Ln = Y, La, Nd) в качестве компонента автомобильных трёхмаршрутных катализаторов, Фундаментальные исследования, 2013, N 6, ч. 4, сс. 895-900; URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31658 (дата обращения: 22.08.2019). *
МАШКОВЦЕВ М.А. и др., Синтез и физико-химическое исследование материалов состава Zr0,5Ce0,4Ln0,1Ox (где Ln = Y, La, Nd) в качестве компонента автомобильных трёхмаршрутных катализаторов, Фундаментальные исследования, 2013, N 6, ч. 4, сс. 895-900; URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31658 (дата обращения: 22.08.2019). МАШКОВЦЕВ М.А., Синтез, физико-химические свойства и применение твёрдых растворов Zr0,5Ce0,4Ln0,1Ox, Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук, Екатеринбург, 2013, сс. 1-20. *
МАШКОВЦЕВ М.А., Синтез, физико-химические свойства и применение твёрдых растворов Zr0,5Ce0,4Ln0,1Ox, Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук, Екатеринбург, 2013, сс. 1-20. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766540C1 (en) * 2021-05-27 2022-03-15 Евгений Олегович Бакшеев Method of producing oxide compositions of cerium-zirconium and rare-earth elements

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2529866C2 (en) Composition based on oxides of zirconium, cerium and at least another rare-earth metal with specific porosity, method for production and use in catalysis
JP6471240B2 (en) Cerium-zirconium composite oxide, production method thereof and use of catalyst
RU2707888C1 (en) Mixed cerium and zirconium oxides
RU2411995C2 (en) Nanometric cerium oxide-based composition on high reducing power support, preparation method thereof and use as catalyst
RU2551381C2 (en) Composition based on cerium, niobium and, possibly, zirconium oxides and its application in catalysis
RU2468855C2 (en) Composition based on zirconium, cerium and yttrium oxides with increased resilience, method of obtaining and application in catalysis
RU2509725C2 (en) Composition based on cerium oxide and zirconium oxide having specific porosity, method of production and use in catalysis
RU2648072C2 (en) Precipitated and calcined composition based on zirconium oxide and cerium oxide
US20090191108A1 (en) Zirconium/Praseodymium Oxide NOx Traps and Prufication of Gases Containing Nitrogen Oxides (NOx) Therewith
KR20140087017A (en) Process for producing ceria-zirconia-alumina composite oxides and applications thereof
RU2753046C2 (en) Mixed oxide based on cerium and zirconium
KR20130062349A (en) Method for treating a gas containing nitrogen oxides(nox), in which a composition comprising cerium oxide and niobium oxide is used as a catalyst
JP2016516660A (en) Compositions based on oxides of zirconium, cerium, niobium and tin, preparation methods and use in catalysis
CA2785411A1 (en) Complex oxide, method for producing same, and exhaust gas purifying catalyst
RU2709862C1 (en) Method for preparing compositions based on oxides of zirconium and cerium
JP4450763B2 (en) Precious metal-containing composite metal oxide for exhaust gas purification catalyst and method for producing the same
JP4972868B2 (en) Surface-modified ceria / zirconia hydrated oxide, oxide thereof, production method thereof, and use thereof
EP3436409B1 (en) Method of making mesoporous zirconium-based mixed oxides and product obtained thereby
CN1132678C (en) Prepn process of composite oxide solid solution based on cerium oxide and zirconium oxide
US10239045B2 (en) Inorganic composite oxides and methods of making the same
JP4061679B2 (en) Zirconia fine powder and method for producing the same
RU2766540C1 (en) Method of producing oxide compositions of cerium-zirconium and rare-earth elements
JP2005247585A (en) Method for producing zirconia-ceria compound oxide powder
JP4586293B2 (en) NOx occlusion agent, NOx occlusion reduction type catalyst and method for producing the same
RU2737778C1 (en) Method of producing zirconium and cerium-based compositions

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20210528