專利名稱：用于凈化汽車尾氣的催化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種催化劑，特別涉及用于凈化汽車尾氣和工業(yè)廢氣的催化劑。
由于汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車尾氣已成為城市環(huán)境污染的主要來源。根據(jù)美國的統(tǒng)計(jì)，城市空氣污染60％來自汽車排放的廢氣，17％來自工業(yè)污染，23％來自其它污染。需要指出的是在汽車排放的廢氣中的CO、HC、NOx等能使人體患多種疾病，在HC中還含有致癌物質(zhì)，從而嚴(yán)重危害人類的健康。據(jù)報(bào)導(dǎo)，城市交通民警的平均壽命是各類人群中最短的，城市居民的平均壽命較短，其主要?dú)⑹志褪瞧囄矚庵械挠泻怏w。我國90年在北京舉辦亞運(yùn)會(huì)期間以及后來在某些市區(qū)街道上對汽車采取單雙日制，以控制每日進(jìn)入市區(qū)的汽車數(shù)量，一方面可減少交通阻塞，一方面就是減少汽車廢氣的排放量。由此可以看出治理汽車尾氣已到了刻不容緩的地步。
對于汽車尾氣的凈化技術(shù)，國外開展研究較早，并在汽車上安裝使用催化劑凈化器。缺點(diǎn)是它們多使用貴金屬如鉑、鈀、銠、銥等以及稀土金屬，這些金屬價(jià)格昂貴不易推廣普及。
以貴金屬和稀土金屬作為催化劑的活性組分能提高CO、HC和NOx的轉(zhuǎn)化率，但是，這種催化劑不但成本高，而且以貴金屬和稀土金屬作為活性組分的催化劑在低溫下的轉(zhuǎn)化率、快速轉(zhuǎn)化率和壽命方面存在不足。當(dāng)它們被用作凈化汽車尾氣的催化劑時(shí)還必須設(shè)置氧傳感器和預(yù)加熱裝置。
在申請?zhí)?5102004.8、申請日95年2月17日，名稱為“用于凈化工業(yè)廢氣和汽車尾氣的催化劑”之中國專利中不含有貴金屬，它是以兩個(gè)或多個(gè)金屬元素形成的復(fù)合氧化物作為活性組分，以多孔陶瓷作為載體，基于載體重量的活性組分以各個(gè)金屬元素氧化物的重量百分比如下
氧化銅(CuO)2～20％氧化鎳(NiO)0.5～8％氧化鈷(CoO)0.1～4％氧化鉻(Cr2O3)1～7％氧化鋅(ZnO)0.5～10％氧化錳(MnO)0.05～6％氧化釹(Nd2O3)0.1～1％上述催化劑用于凈化汽車尾氣時(shí)具有較好凈化效果和長壽命。但其活性成分中仍含有作為稀土氧化物的氧化釹。該催化劑的轉(zhuǎn)化率不夠高，特別是起始轉(zhuǎn)化溫度偏高，有時(shí)需另加預(yù)熱處理裝置，氧化和還原作用的兼容性不足，適用的空燃比范圍較窄。該專利申請的制造工藝復(fù)雜，例如先將浸漬有各種活性物質(zhì)金屬的硝酸鹽混合溶液后干燥和煅燒，再將此煅燒過的半成品催化劑浸漬氧化鋁溶液后，再次干燥和煅燒。
本發(fā)明目的在于提供一種不含貴金屬也不含稀土金屬氧化物的凈化汽車尾氣和工業(yè)廢氣的催化劑。該催化劑制法簡便，抗鉛中毒性好，壽命長，對氧化和還原作用的兼容性好，適用的空燃比范圍寬。
本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的提供一種用于凈化汽車尾氣的催化劑，該催化劑由10～15(重量)％的活性組分和90～85(重量)％的陶瓷載體組成，其中，活性組分中含有按下列金屬氧化物摩爾比的復(fù)合金屬氧化物CuO∶NiO∶CoO∶γ-Al2O3∶ZnO∶MnO2∶Cr2O3∶BaO∶Fe2O3∶CaO＝(6～11)∶(3～6)∶(1～4)∶(1～4)∶(0.5～2)∶(0.2～2)∶(0.1～1)∶(0.5～1.5)∶(0.5～1)∶(0.1～0.5)CuO∶NiO∶CoO∶γ-Al2O3∶ZnO∶MnO2∶Cr2O3∶BaO∶Fe2O3∶CaO＝(8～10)∶(3～5)∶(1～3)∶(1～3)∶(0.5～1.5)∶(0.2～0.5)∶(0.2～0.5)∶(0.2～0.5)∶(0.2～0.5)∶(0.1～0.5)
所用陶瓷載體的堇青石含量≥93％，體積密度1.5～1.7g/cm2，氣孔率≥34％，吸水率≥20％，抗熱沖擊性≥1,000℃，氣孔率＞34％，比表面積≥3.0M2/g，它是山西省太原東凈陶瓷載體廠的產(chǎn)品。
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明催化劑與95102004.8發(fā)明專利申請“用于凈化工業(yè)廢氣和汽車尾氣的催化劑”相比，本發(fā)明催化劑增加了過渡元素在活性組分中的比例，從而提高其對氧化和還原的兼容性，當(dāng)過渡元素處于氧化態(tài)時(shí)，可使處于還原態(tài)的物質(zhì)易于氧化，例如；當(dāng)其處于還原態(tài)時(shí)，又可使處于氧化態(tài)物質(zhì)易于還原，例如。在本發(fā)明催化劑中增加了鋁、鋇和鈣，它們也能提高對氧化和還原的兼容性；在配料中有鋁溶膠加入，它除了作為活性組分外，其重要功能是作為活性組分的載體和結(jié)合劑，它使活性組分不易從載體上脫落并具有載體的功能。此外增加了CaO的比例，同時(shí)起到調(diào)整活性組分硝酸鹽溶液的pH值，使其接近中性，從而提高成品催化劑的催化特性。
本發(fā)明催化劑的制法如下按照本催化劑含有90～85(重量)％的陶瓷載體和10～15(重量)％的活性組分配料，除Al以外所有金屬鹽采用各該金屬的硝酸鹽，該硝酸鹽的加入量按上述摩爾比算出，只有Al2O3是以氧化鋁溶膠加入的。該氧化鋁溶膠是溫州明礬石研究所的產(chǎn)品，型號(hào)是AS-C，其中含有Al2O3＞60(重量)％，膠溶指數(shù)＞40％。所用載體是太原東凈陶瓷載體廠的產(chǎn)品，其中堇青石含量≥93％，氣孔率≥34％，吸水率≥20％，抗熱沖擊性≥1,000℃，氣孔率＞34％，比表面積≥3.0M2/g。
本發(fā)明催化劑的制法特征在于載體一次浸漬、一次活化，其步驟是金屬鹽溶解→載體浸漬→烘干→活化焙燒→催化劑。詳細(xì)言之，先將氧化鋁溶膠溶解于適量水中，作為a溶液；再在攪拌器中加入作為活性組分的各種硝酸鹽和適量水進(jìn)行攪拌，使溶液的pH值控制在pH5左右，以此作為b溶液；將陶瓷載體的粉末浸入a和b的混合液中，濾去殘液，烘干，再在150～750℃升溫過程中活化焙燒共5～9小時(shí)，冷卻后即得產(chǎn)品。
以下通過實(shí)施例對本發(fā)明催化劑性能加以說明實(shí)施例1催化劑J-1成份的摩爾比是CuO∶NiO∶CoO∶γ·Al2O3∶ZnO∶MnO2∶Cr2O3∶BaO∶Fe2O3∶CaO＝38.0∶16.3∶7.6∶7.7∶4.0∶1.3∶1.0∶1.0∶1.4∶2.0實(shí)施例2按照實(shí)施例1氧化物順序的催化劑J-2的摩爾比是35.8∶15.0∶7.0∶7.7∶4.0∶1.2∶0.8∶1.0∶1.4∶2.0實(shí)施例3按照實(shí)施例1氧化物順序的催化劑J-3的摩爾比是40.0∶18.0∶8.2∶7.5∶5.0∶1.5∶0.8∶1.2∶1.4∶2.0實(shí)施例4按照實(shí)施例1氧化物順序的催化劑J-4的摩爾比是42.0∶20.0∶12.0∶12.5∶6.0∶2.0∶1.2∶1.0∶1.5∶2.0實(shí)施例5按照實(shí)施例1氧化物順序的催化劑J-5的摩爾比是40.0∶19.0∶10.0∶10.0∶5.0∶2.0∶1.2∶1.0∶1.0∶1.5將實(shí)施例中所得的催化劑安裝在TJ492QA2型發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管上，用怠速法測定對廢氣的轉(zhuǎn)化率，其結(jié)果如表1所示。該發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘，催化劑溫度為350～450℃，分析儀器為佛山分析儀器廠生產(chǎn)的MEXA-324型。
表1 將實(shí)施例4和5制得的催化劑J4和J5由吉林省發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)油與凈化技術(shù)檢定站在轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘、發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比A/F＝1.47、通過催化劑的廢氣量空速為10800h-1、催化劑溫度為480℃時(shí)，進(jìn)行臺(tái)架負(fù)荷排放性能測試，結(jié)果列于表2
表2 上表的結(jié)果是用日本崛場生產(chǎn)的MEXA-8220型分析儀測出的。按照權(quán)利要求1中從金屬氧化物計(jì)的摩爾比以上述制備方法制備出J-6、J-7、J-8催化劑，此三種催化劑是任選的。對此三種催化劑進(jìn)行臺(tái)架測試，結(jié)果分別列于表3～表6。所用分析儀器為日本崛場生產(chǎn)的MEXA-8220型分析儀，其中表6是用佛山分析儀器廠組裝的EEXA-324型分析儀檢測的。
表3(發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)TJ422QA2型)(催化溫度450～480℃)
表4
表4是轉(zhuǎn)速在2000r/min下測定的負(fù)荷特性和排放特性對比結(jié)果。所用發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為4Y-488型，催化劑溫度為450～480℃。
表5
表5是在TJ492QA2型發(fā)動(dòng)機(jī)上怠速測定的，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘。
在北京吉普213切諾基上長距離行程停車后測定的結(jié)果見表6
表6
本發(fā)明具有良好的效果本發(fā)明催化劑是一種雙功能的氧化還原催化劑，可在空燃比為14.6至14.8范圍內(nèi)使CO、HC、NOx均達(dá)到80～99％平均轉(zhuǎn)化率，不需裝雙催化劑；起始轉(zhuǎn)化溫度低，當(dāng)催化劑溫度達(dá)到80℃時(shí)，已有明顯的轉(zhuǎn)化效果，不需另加預(yù)熱裝置；耐鋁中毒性好，壽命長，行程3萬公里仍有80％的轉(zhuǎn)化率；對排氣氧含量要求正好符合一般汽車較佳空燃比的A/F＝14.6～14.8的排放含量。在制法上，本發(fā)明催化劑是一次浸漬、一次活性工藝、工藝簡便，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，催化性能良好，不含貴金屬和稀土金屬氧化物，因此價(jià)格低廉，易于推廣。
權(quán)利要求
1.一種用于凈化汽車尾氣的催化劑，其由陶瓷載體和作為催化活性組份的過渡金屬氧化物、堿土金屬氧化物的復(fù)合金屬氧化物組成，所述催化劑是將載體在活性組份硝酸鹽中浸漬、干燥和活化焙燒，其特征是，所述催化劑由10～15(重量)％的活性組份和90～85(重量)％的陶瓷載體所組成，在所述催化活性組份中含有按下列摩爾比的金屬氧化物組成的復(fù)合金屬氧化物CuO∶NiO∶CoO∶γ·Al2O3∶ZnO∶MnO2∶Cr2O3∶BaO∶Fe2O3∶CaO＝(6～11)∶(3～6)∶(1～4)∶(1～4)∶(0.5～2)∶(0.2～2)∶(0.1～1)∶(0.5～1.5)∶(0.5～1)∶(0.1～0.5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述催化劑，其特征是，所述催化劑活性組份中含有按下列摩爾比的金屬氧化物組成的復(fù)合金屬氧化物CuO∶NiO∶CoO∶γ·Al2O3∶ZnO∶MnO2∶Cr2O3∶BaO∶Fe2O3∶CaO＝(8～10)∶(3～5)∶(1～3)∶(1～3)∶(0.5～1.5)∶(0.2～0.5)∶(0.2～0.5)∶(0.2～0.5)∶(0.2～0.5)∶(0.1～0.5)
全文摘要
本發(fā)明涉及用于凈化汽車尾氣和工業(yè)廢氣的催化劑。其由陶瓷載體和作為活性組分的過渡金屬氧化物、堿土金屬氧化物的復(fù)合金屬氧化物所組成，其中含有Cu、Mn、Zn、Co、Ni、Cr、Ba、Fe、Ca和Al的氧化物。本催化劑制取步驟是浸漬、干燥和活性焙燒。本發(fā)明催化劑不含貴金屬和稀土金屬氧化物，價(jià)格低、制法簡便、性能優(yōu)良，因此易于推廣。
文檔編號(hào)B01D53/94GK1140102SQ9610339
公開日1997年1月15日 申請日期1996年4月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月11日
發(fā)明者程鳳岐, 宋萬和, 王濤, 程鳳江 申請人:山西凈土實(shí)業(yè)有限公司