專利名稱：納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料及其制備方法，尤其是涉及一種用于汽車尾氣凈化、有機(jī)廢氣消除和天然氣催化燃燒等廢氣凈化或催化燃燒的催化劑

發(fā)明內(nèi)容
減少汽車尾氣污染、保護(hù)大氣環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境和社會的可持續(xù)發(fā)展，是目前及未來相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)我國環(huán)境保護(hù)的重要課題之一。為減少污染，必須從提高汽油品質(zhì)、改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒狀態(tài)和增加尾氣凈化催化效率三方面進(jìn)行突破。到目前為止，使用汽車尾氣凈化催化劑是最有效途徑就是通過三元催化裝置來降低尾氣中HC、CO和NOx三種有毒氣體的含量，而儲氧材料是三元催化轉(zhuǎn)化裝置中的重要組成部分，它在尾氣凈化過程中起到調(diào)節(jié)氣氛的作用，當(dāng)氣氛處于貧燃狀態(tài)時(shí)，儲氧材料將吸收多余的氧氣，當(dāng)氣氛處于富燃狀態(tài)時(shí)，儲氧材料放出氧氣，使三種氣體得到有效的轉(zhuǎn)化。因此，儲氧材料的儲氧性能的好壞直接影響尾氣的轉(zhuǎn)化效率。同時(shí)儲氧材料可有效穩(wěn)定活性組分的分散，因此具有大的比表面積、較大的孔體積及合適的孔徑分布，并具有良好的抗高溫老化性能、優(yōu)異的低溫催化性能的鈰鋯基儲氧材料成為新三效催化劑的關(guān)鍵材料。ZrO2添加到( 中，可形成CeO2-^O2固溶體而改善( 的體相特性，利于體相氧原子的遷移和擴(kuò)散，使體相反應(yīng)過程變得活潑，能夠提高( 的儲氧能力和高溫穩(wěn)定性。 同時(shí)Pr，Nd, Y，Nb, La和Ba等稀土及堿土元素的加入可進(jìn)一步增強(qiáng)儲氧材料的抗高溫老化性，提高其儲氧量。ZL200510115874. 2公布了一種高比表面鈰鋯復(fù)合氧化物固溶體組合物及其制備方法。該發(fā)明通過添加在沉淀出的懸濁液中添加表面活性劑或胺鹽或無機(jī)銨鹽或乙醇，并高溫晶化，晶化后產(chǎn)品經(jīng)乙醇洗滌，高溫焙燒。該專利制備工藝復(fù)雜，同時(shí)通過高溫晶化，乙醇洗滌，不利于工業(yè)生產(chǎn)，且沉淀時(shí)為普通液相沉淀，粒子較大。CN101637721B公布了一種多孔釔鈰鋯固溶體及其制備方法。該發(fā)明通過加入保護(hù)齊 、混合稀土金屬鹽溶液和活性聚苯乙烯微球乳液，常溫沉淀，80-100°C陳化，收集沉淀物、 水洗、干燥、焙燒得目標(biāo)產(chǎn)物。該發(fā)明中聚苯乙烯微球乳液與金屬鹽溶液無法混合均勻，容易導(dǎo)致產(chǎn)品的均一穩(wěn)定性。CN100496745C公布了一種線狀或棒狀多晶CeaJra3YaiO2固溶體制備方法.該專利通過加入十六烷基三甲基溴化銨作為表面活性劑，通過水熱處理得前驅(qū)體，灼燒得目標(biāo)產(chǎn)物。該發(fā)明專利通過水熱處理，需要高壓設(shè)備，不利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，滿足商業(yè)對生產(chǎn)成本及日益增加的對環(huán)境限制的要求。所述納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料固溶體，材料的比表面> 90m2 Μ—1，顆粒尺寸(IOOnm, 1000°C焙燒4h后比表面彡30m2 · g"1,1050°C焙燒12h后比表面彡20m2 · g人所述納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料的制備方法，包括以下步驟(1)層狀液晶的制備將硝酸鈰、除鈰以外的其他稀土可溶性硝酸鹽和硝酸鋯溶于水，得混合金屬硝酸鹽溶液，與Tween-80和Ii-C8H17OH混合，得層狀液晶A ；所述的層狀液晶A中，以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)Tween-8030 ~ 50%n-C8H170H16 25%混合金屬硝酸鹽溶液為 25 55 %。η代表的是有機(jī)物的一種結(jié)構(gòu)，Ii-C8H17OH的意思就是正辛醇；所述的除鈰以外的其他稀土可溶性硝酸鹽選自硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鐠、硝酸釹中的一種或幾種或硝酸與氧化鑭、氧化釔、氧化鐠、氧化釹反應(yīng)生成相應(yīng)的硝酸鹽溶液；所述的混合金屬鹽硝酸溶液中，各硝酸鹽的比例為硝酸鈰20 70%硝酸鋯20 70%除鈰以外的其他稀土可溶性硝酸鹽 5 15%。將氨水與Tween-80和Ii-C8H17OH混合，得層狀液晶B ；所述的層狀液晶B中，以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)Tween-8030 ~ 50%n-C8H170H16 25%氨水25 55%所述氨水為工業(yè)氨水，重量濃度為20%。(2)納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料前驅(qū)體的制備將層狀液晶B加入到層狀液晶A中，控制終點(diǎn)的pH為7 9，獲得納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料前驅(qū)體；C3)焙燒將所述的納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料前驅(qū)體在80 120°C干燥8 12h， 450 800°C下焙燒4 他，得納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料。本發(fā)明利用溶劑在層狀液晶中的滲透性和層狀液晶中溶劑厚度的限定性，以層狀液晶為模板，制備納米鈰鋯基固溶體前驅(qū)體，通過干燥、焙燒制備了納米鈰鋯固溶體稀土儲氧材料。利用本發(fā)明所述的以層狀液晶為模板為特征的制備納米鈰鋯固溶體稀土儲氧材料，具有顆粒小，比表面積大等特點(diǎn)，稀土儲氧材料的抗高溫老化性和活性高等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為實(shí)施例1制備納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料的XRD照片
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
70g硝酸鈰，20g硝酸鋯，5g硝酸鑭，5g硝酸釔溶于1900g去離子水中，加入 1191gTween-80,629g n_C8H170H，經(jīng)乳化劑混合，得層狀液晶A ； 150g工業(yè)氨水用去離子水稀釋至2000g，加入1191gTween-80，6^g n_C8H170H，經(jīng)乳化劑混合，得層狀液晶B。在剪切乳化機(jī)的攪拌下將層狀液晶B加入到層狀液晶A中，控制終點(diǎn)的pH值為9，得納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料前驅(qū)體。將此前驅(qū)體在80°C干燥iai，80(TC焙燒4h，得所述的納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料，該稀土儲氧材料的比表面為90. 55m2 ·Ρ，顆粒尺寸為90nm，XRD見圖 1。取納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料于1000°C焙燒4h后比表面為30. 04m2 · 1050°C 焙燒12h后比表面為21m2 · g—1。實(shí)施例221g硝酸鈰，133g硝酸鋯，5. 5g硝酸釹，1. 5g硝酸釔溶于1900g去離子水中，加入 3566gTween-80,1786g n_C8H170H，經(jīng)乳化劑混合，得層狀液晶A ；150g工業(yè)氨水用去離子水稀釋至2000g，加入3566gTween-80，1786g n_C8H170H，經(jīng)乳化劑混合，得層狀液晶B。在剪切乳化機(jī)的攪拌下將層狀液晶B加入到層狀液晶A中，控制終點(diǎn)的pH值為7，得納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料前驅(qū)體。將此前驅(qū)體在120°C干燥ai，450°C焙燒他，得所述的納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料，該稀土儲氧材料的比表面為108. 5m2 ·Ρ，顆粒尺寸為30nm。取納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料于1000°C焙燒4h后比表面為35. 86m2 · g—1，1050°C焙燒1 后比表面為27. 38m2 · g-1。實(shí)施例3將5g氧化鑭，5g氧化釔用硝酸溶解，得澄清透明溶液后加入IOOg硝酸鈰，72g硝酸鋯，加入去離子水至2000g，加入M75gTween-80，1240g n_C8H170H，經(jīng)乳化劑混合，得層狀液晶A ；150g工業(yè)氨水用去離子水稀釋至2000g，加入M75gTween-80，1240gn_C8H170H，經(jīng)乳化劑混合，得層狀液晶B。在剪切乳化機(jī)的攪拌下將層狀液晶B加入到層狀液晶A中，控制終點(diǎn)的PH值為8，得納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料前驅(qū)體。將此前驅(qū)體在100°C干燥 10h，600°C焙燒證，得所述的納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料，該稀土儲氧材料的比表面為 104. 32m2 · g—1，顆粒尺寸為40nm。取納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料于1000°C焙燒4h后比表面為34. 28m2 · g-1，1050°C焙燒12h后比表面為25. 12m2 · g—1。實(shí)施例4將7g氧化鐠，7g氧化釹用硝酸溶解，得澄清透明溶液后加入76g硝酸鈰，145g硝酸鋯，加入去離子水至2000g，加入M75gTween-80，1240g n_C8H170H，經(jīng)乳化劑混合，得層狀液晶A ；150g工業(yè)氨水用去離子水稀釋至2000g，加入M75gTween-80，1240gn_C8H170H，經(jīng)乳化劑混合，得層狀液晶B。在剪切乳化機(jī)的攪拌下將層狀液晶B加入到層狀液晶A中，控制終點(diǎn)的PH值為9，得納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料前驅(qū)體。將此前驅(qū)體在100°C干燥 ia!，60(TC焙燒證，得所述的納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料，該稀土儲氧材料的比表面為 110. 28m2 · g—1，顆粒尺寸為40nm。取納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料于1000°C焙燒4h后比表面為36. 48m2 · g-1，1050°C焙燒12h后比表面為27. 86m2 · g—1。
權(quán)利要求
1.納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料，其特征在于，材料的比表面彡90m2·ρ，顆粒尺寸彡IOOnm, 1000°C焙燒4h后比表面彡30m2 · g"1,1050°C焙燒12h后比表面彡20m2 · g人
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料的制備方法，其特征在于， 包括以下步驟(1)將硝酸鈰、除鈰以外的其他稀土可溶性硝酸鹽和硝酸鋯溶于水，得混合金屬硝酸鹽溶液，與Tween-80和Ii-C8H17OH混合，得層狀液晶A ；將氨水與Tween-80和Ii-C8H17OH混合，得層狀液晶B ；(2)將層狀液晶B加入到層狀液晶A中，控制終點(diǎn)的pH為7 9，獲得納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料前驅(qū)體；(3)將所述的納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料前驅(qū)體在80 120°C干燥8 12h， 450 800°C下焙燒4 他，得納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的層狀液晶A中，以重量百分?jǐn)?shù)計(jì) Tween-8030 ~ 50%n-C8H170H16 25%混合金屬硝酸鹽溶液為25 55%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的除鈰以外的其他稀土可溶性硝酸鹽選自硝酸鑭、硝酸釔、硝酸鐠、硝酸釹中的一種或幾種或硝酸與氧化鑭、氧化釔、氧化鐠、 氧化釹反應(yīng)生成相應(yīng)的硝酸鹽溶液；所述的混合金屬鹽硝酸溶液中，各硝酸鹽的比例為 硝酸鈰20 70%硝酸鋯20 70%除鈰以外的其他稀土可溶性硝酸鹽 5 15%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2 4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述的層狀液晶B中，以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)Tween-8030 ~ 50%n-C8H170H16 25%氨水25 55%所述氨水為工業(yè)氨水，重量濃度為20%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料及其制備方法，納米鈰鋯基固溶體稀土儲氧材料的比表面≥90m2·g-1，顆粒尺寸≤100nm，1000℃焙燒4h后比表面≥30m2·g-1，1050℃焙燒12h后比表面≥20m2·g-1。本發(fā)明利用溶劑在層狀液晶中的滲透性和層狀液晶中溶劑厚度的限定性，以層狀液晶為模板，制備納米鈰鋯基固溶體前驅(qū)體，通過干燥、焙燒制備了納米鈰鋯固溶體稀土儲氧材料。利用本發(fā)明所述的以層狀液晶為模板為特征的制備納米鈰鋯固溶體稀土儲氧材料，具有顆粒小，比表面積大等特點(diǎn)，稀土儲氧材料的抗高溫老化性和活性高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B01D53/94GK102407100SQ20111029802
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者楊筱瓊, 趙月昌, 趙秀娟, 郝祥, 高瑋, 高璐 申請人:上海華明高納稀土新材料有限公司