一種處理汽車尾氣的三元金屬氧化物催化劑制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種處理汽車尾氣的三元金屬氧化物催化劑制備方法。依次包括如下步驟：將FeCl2和AlCl3溶液混合，在恒溫水浴中滴入NaOH，形成具有層狀結(jié)構(gòu)的沉淀物；將沉淀物加入到十二烷基磺酸鈉溶液中，得到十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物；將(3?氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和硝酸鑭按1：1：1(摩爾比)的量加入水中形成溶液，加入十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物，反應(yīng)生成的含鑭有機(jī)配合物在分配作用下，插入十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物層間，形成含鑭有機(jī)配合物柱撐的沉淀物；將產(chǎn)物置于馬弗爐中燒6～8h，得到一種處理汽車尾氣的三元金屬氧化物催化劑。該材料中的各種催化劑相互復(fù)合均勻分布于三維孔道的孔壁上，對反應(yīng)物有較好的吸附和催化效果。
【專利說明】
一種處理汽車尾氣的三元金屬氧化物催化劑制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種處理汽車尾氣的三元金屬氧化物催化劑制備方法，屬于催化材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國外廣泛開發(fā)應(yīng)用于汽車尾氣凈化的催化劑基本上是由鉑、銠等貴金屬組成的。該催化劑雖具有活性高、凈化效果好、壽命長等優(yōu)點，但是造價也較高，尤其是鉑、銠等受到資源限制。為了緩解鉑特別是銠的供應(yīng)與需求之間的矛盾，廣泛使用價格相對便宜的鈀，開發(fā)了鉑、銠、鈀組成的催化劑以及鈀催化劑。
[0003]人們發(fā)現(xiàn)用稀土代替部分貴重金屬制成的催化劑成本低，而且能獲得滿意的凈化效果。稀土汽車尾氣凈化催化劑所用的稀土主要是以氧化鈰、氧化鐠和氧化鑭的混合物為主，其中氧化鈰是關(guān)鍵成份。由于氧化鑭的氧化還原特性，有效地控制排放尾氣的組分，能在還原氣氛中供氧，或在氧化氣氛中耗氧。氧化鑭還在貴金屬氣氛中起穩(wěn)定作用，以保持催化劑較高的催化活性。所以開發(fā)稀土少貴金屬的汽車尾氣凈化劑，是取稀土之長補(bǔ)貴金屬貴屬之短，生產(chǎn)出具有實用性的汽車尾氣凈化劑。其特點是價格低、熱穩(wěn)定性好、活性較高、使用壽命長，因此在汽車尾氣凈化領(lǐng)域備受青睞。
[0004]稀土元素外層電子結(jié)構(gòu)相似，稀土元素間的催化性能差別比較小，總的催化活性比不上外層電子結(jié)構(gòu)的過渡元素及貴金屬元素。在現(xiàn)行的實用工業(yè)催化劑中，稀土一般只用作助催化劑或催化劑中的一種活性組分，很少作為主體催化劑。我國的機(jī)動車排放污染嚴(yán)重，然而我國貴金屬貧乏而稀土資源豐富，因此稀土應(yīng)用于機(jī)動車尾氣處理在我國得到廣泛的應(yīng)用。但要提高稀土的催化作用，避免使用貴金屬，仍然需要深入研究。
[0005]水滑石化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為:[M2YxM3+x(OH)2]x+[(An—)x/n.1*0]，其中爐+為1%2+，附2+，Mn2+，Zn2+，Ca2+，F(xiàn)e2+，Cu2+等二價金屬陽離子;M3+為 Al3+，Cr3+，F(xiàn)e3+，Co3+等三價金屬陽離子；An 一為陰離子，如C032-，N03—，Cl—，OH—，SO42—，PO,，C6H4 (COO) 22—等無機(jī)和有機(jī)離子以及絡(luò)合離子，當(dāng)層間無機(jī)陰離子不同，水滑石的層間距不同。因其具有層間陰離子可交換性、結(jié)構(gòu)坍塌記憶效應(yīng)、主層板可自組裝性等特點，已廣泛用于高分子復(fù)合材料、催化材料、環(huán)境治理等領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有催化劑活性低等不足，提供一種處理汽車尾氣的三元金屬氧化物催化劑制備方法。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是依次包括如下步驟:
[0008]I)將FeCl2和AlCl3分別溶解到水中，配置為濃度為I?2mol/L的溶液，將兩種溶液混合，保持Fe和Al的摩爾比為2?4，在恒溫70?80 °C水浴中滴入一定量的NaOH，保持pH值為12?13，反應(yīng)2?3h，老化12?24h，在該過程中形成具有層狀結(jié)構(gòu)的沉淀物，沉淀分離，去離子水洗2?3遍，烘干；
[0009]2)按照每克沉淀物對應(yīng)0.5?0.8mmol十二烷基磺酸鈉的量，將過20-50目篩的沉淀物加入到質(zhì)量百分比濃度為0.1 %?I %的十二烷基磺酸鈉溶液中，在60?70 0C恒溫水浴中攪拌5?6h，老化12?24h，離心分離，去掉上清液，得到十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物；
[0010]3)將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和硝酸鑭按1:1:1(摩爾比)的量各2?4mol加入到20?40mL水中形成溶液，在20?35°C下反應(yīng)6?8h，加入十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物，攪拌2?4h、沉淀分離，反應(yīng)生成的含鑭有機(jī)配合物在分配作用下，插入十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物層間，形成含鑭有機(jī)配合物柱撐的沉淀物；
[0011]4)將含鑭有機(jī)配合物柱撐的沉淀物置于馬弗爐中，400?550°C下焙燒6?8h，其中的碳氮等元素轉(zhuǎn)化為氣體溢出，形成孔道，得到一種鐵鋁鑭三元金屬氧化物催化劑。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0013](I)將鑭離子和有機(jī)物形成有機(jī)配合物，再利用十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物的吸附效應(yīng)，將鑭元素均勻分布于水滑石層間。
[0014](2)將含硅有機(jī)物和鑭配合，插入層狀材料層間，再經(jīng)過高溫煅燒，去除碳元素，留下硅等元素，形成多孔材料。
[0015](3)利用層狀結(jié)構(gòu)，在沉淀物層間插入硅元素，經(jīng)過煅燒之后，硅元素形成氧化硅和負(fù)載的氧化鑭一起形成柱撐，使整個結(jié)構(gòu)為三維立體孔道結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0016]以下進(jìn)一步提供本發(fā)明的3個實施例:
[0017]實施例1
[0018]將FeCl2和AlCl3分別溶解到水中，配置為濃度為2mol/L的溶液，將兩種溶液混合，保持Fe和Al的摩爾比為4，在恒溫80 V水浴中滴入一定量的NaOH，保持pH值為13，反應(yīng)3h，老化24h，在該過程中形成具有層狀結(jié)構(gòu)的沉淀物，沉淀分離，去離子水洗3遍，烘干;按照每克沉淀物對應(yīng)0.8mmol十二烷基磺酸鈉的量，將過50目篩的沉淀物加入到質(zhì)量百分比濃度為I %的十二烷基磺酸鈉溶液中，在70 0C恒溫水浴中攪拌6h，老化24h，離心分離，去掉上清液，得到十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物;將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和硝酸鑭按1:1:1 (摩爾比)的量各4mol加入到40mL水中形成溶液，在35°C下反應(yīng)8h，加入十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物，攪拌4h、沉淀分離，反應(yīng)生成的含鑭有機(jī)配合物在分配作用下，插入十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物層間，形成含鑭有機(jī)配合物柱撐的沉淀物;將含鑭有機(jī)配合物柱撐的沉淀物置于馬弗爐中，550°C下焙燒Sh，其中的碳氮等元素轉(zhuǎn)化為氣體溢出，形成孔道，得到一種處理汽車尾氣的三元金屬氧化物催化劑。
[0019]采用U形管(內(nèi)徑4mm)連續(xù)流動反應(yīng)評價裝置，稱量10mg合成得到的鐵招鑭三元金屬氧化物催化劑放置管中，調(diào)節(jié)空氣的流速為25mL/min，空氣流動帶動甲醛、CO和NO氣體進(jìn)入U形管反應(yīng)器中，每小時流過每升催化劑的氣體體積(即空速)為eOOOh—1。在450°C條件下，該催化劑降解濃度分別為甲醛:50ppm ； CO: 25ppm ； NO: 20ppm的氣體，降解率分別為甲醛:93% ；C0:96% ;N0:97%。
[0020]實施例2
[0021 ] 將FeCl2和AlCl3分別溶解到水中，配置為濃度為lmol/L的溶液，將兩種溶液混合，保持Fe和Al的摩爾比為2，在恒溫70 V水浴中滴入一定量的NaOH，保持pH值為12，反應(yīng)2h，老化12h，在該過程中形成具有層狀結(jié)構(gòu)的沉淀物，沉淀分離，去離子水洗2遍，烘干;按照每克沉淀物對應(yīng)0.5mmol十二烷基磺酸鈉的量，將過20目篩的沉淀物加入到質(zhì)量百分比濃度為0.1%的十二烷基磺酸鈉溶液中，在600C恒溫水浴中攪拌5h，老化12h，離心分離，去掉上清液，得到十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物;將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和硝酸鑭按1:1:1 (摩爾比)的量各2mol加入到20mL水中形成溶液，在20°C下反應(yīng)6h，加入十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物，攪拌2h、沉淀分離，反應(yīng)生成的含鑭有機(jī)配合物在分配作用下，插入十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物層間，形成含鑭有機(jī)配合物柱撐的沉淀物;將含鑭有機(jī)配合物柱撐的沉淀物置于馬弗爐中，400°C下焙燒6h，其中的碳氮等元素轉(zhuǎn)化為氣體溢出，形成孔道，得到一種處理汽車尾氣的三元金屬氧化物催化劑。
?0022] 采用U形管(內(nèi)徑4mm)連續(xù)流動反應(yīng)評價裝置，稱量10mg合成得到的鐵招鑭三元金屬氧化物催化劑放置管中，調(diào)節(jié)空氣的流速為25mL/min，空氣流動帶動甲醛、CO和NO氣體進(jìn)入U形管反應(yīng)器中，每小時流過每升催化劑的氣體體積(即空速)為eOOOh—1。在450°C條件下，該催化劑降解濃度分別為甲醛:50ppm ； CO: 25ppm ； NO: 20ppm的氣體，降解率分別為甲醛:94% ；C0:95% ;N0:92%。
[0023]實施例3
[0024]將FeCl2和AlCl3分別溶解到水中，配置為濃度為2mol/L的溶液，將兩種溶液混合，保持Fe和Al的摩爾比為3，在恒溫80 V水浴中滴入一定量的NaOH，保持pH值為13，反應(yīng)2h，老化18h，在該過程中形成具有層狀結(jié)構(gòu)的沉淀物，沉淀分離，去離子水洗3遍，烘干;按照每克沉淀物對應(yīng)0.8mmol十二烷基磺酸鈉的量，將過50目篩的沉淀物加入到質(zhì)量百分比濃度為
0.5%的十二烷基磺酸鈉溶液中，在70°C恒溫水浴中攪拌6h，老化24h，離心分離，去掉上清液，得到十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物;將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和硝酸鑭按1: 1:1(摩爾比)的量各3mol加入到40mL水中形成溶液，在35°C下反應(yīng)8h，加入十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物，攪拌3h、沉淀分離，反應(yīng)生成的含鑭有機(jī)配合物在分配作用下，插入十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物層間，形成含鑭有機(jī)配合物柱撐的沉淀物;將含鑭有機(jī)配合物柱撐的沉淀物置于馬弗爐中，500°C下焙燒8h，其中的碳氮等元素轉(zhuǎn)化為氣體溢出，形成孔道，得到一種處理汽車尾氣的三元金屬氧化物催化劑。
[0025]采用U形管(內(nèi)徑4mm)連續(xù)流動反應(yīng)評價裝置，稱量10mg合成得到的鐵招鑭三元金屬氧化物催化劑放置管中，調(diào)節(jié)空氣的流速為25mL/min，空氣流動帶動甲醛、CO和NO氣體進(jìn)入U形管反應(yīng)器中，每小時流過每升催化劑的氣體體積(即空速)為eOOOh—1。在450°C條件下，該催化劑降解濃度分別為甲醛:50ppm ； CO: 25ppm ； NO: 20ppm的氣體，降解率分別為甲醛:92% ；C0:94% ;N0:92%。
【主權(quán)項】
1.一種處理汽車尾氣的三元金屬氧化物催化劑制備方法，其特征是依次包括如下步驟: .1)將FeCl2和AlCl3分別溶解到水中，配置為濃度為I?2mol/L的溶液，將兩種溶液混合，保持Fe和Al的摩爾比為2?4，在恒溫70?80 °C水浴中滴入一定量的NaOH，保持pH值為12?13，反應(yīng)2?3h，老化12?24h，在該過程中形成具有層狀結(jié)構(gòu)的沉淀物，沉淀分離，去離子水洗2?3遍，烘干； .2)按照每克沉淀物對應(yīng)0.5?0.8mmol十二烷基磺酸鈉的量，將過20-50目篩的沉淀物加入到質(zhì)量百分比濃度為0.1 %?I %的十二烷基磺酸鈉溶液中，在60?70°C恒溫水浴中攪拌5?6h，老化12?24h，離心分離，去掉上清液，得到十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物； .3)將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和硝酸鑭按I: I: I (摩爾比)的量各2?4mol加入到20?40mL水中形成溶液，在20?35 °C下反應(yīng)6?8h，加入十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物，攪拌2?4h、沉淀分離，反應(yīng)生成的含鑭有機(jī)配合物在分配作用下，插入十二烷基磺酸鈉改性的沉淀物層間，形成含鑭有機(jī)配合物柱撐的沉淀物； .4)將含鑭有機(jī)配合物柱撐的沉淀物置于馬弗爐中，400?550°C下焙燒6?8h，其中的碳氮等元素轉(zhuǎn)化為氣體溢出，形成孔道，得到一種處理汽車尾氣的三元金屬氧化物催化劑。
【文檔編號】B01D53/94GK106076349SQ201610409583
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】黃文艷, 趙文昌
【申請人】常州大學(xué)