一种用于柴油车尾气催化净化的多功能型镨氧化物纳米棒催化剂

摘要

本发明涉及一种用于柴油车尾气催化净化的镨氧化物纳米棒催化剂材料，该催化剂的化学结构式为Pr

说明书

技术领域

本发明涉及一种多功能型镨氧化物纳米棒催化剂的制备，及其在柴油车碳烟催化燃烧、NO催化氧化及NO

背景技术

柴油机作为船舶、机车、重型机械等领域中不可或缺的主流动力，在动力性、经济性、耐久性、能源利用率和热效率等诸多方面都具有难以替代的优势。然而，柴油车辆排放的污染物包括颗粒物（PM，主要为碳烟颗粒）、氮氧化物（NO

目前，国内外使用的汽车尾气催化净化的催化剂主要有贵金属催化剂、低共熔点催化剂以及多组分复合氧化物催化剂等。其中，贵金属催化剂具有良好的低温活性，但是容易硫中毒失活，高温稳定性差；而且贵金属价格昂贵，这也制约了贵金属催化剂的实际应用。低共熔点的碱金属盐催化剂高温会熔化，导致其具有流动性，进而改善催化剂与碳烟颗粒之间的接触状态，促进碳烟颗粒的催化氧化，但是碱金属催化剂熔点低、碱性强的特点也带来了稳定性差、腐蚀陶瓷DPF等缺点。而多组分复合氧化物催化剂以钙钛矿或类钙钛矿型催化剂以及尖晶石结构催化剂为代表，这类氧化物具有机械强度高、热稳定性好、价格低廉、催化活性较高等优点，但是其多用于碳烟颗粒燃烧反应，功能性较为单一。

镨作为稀土元素的一员，具有来源广泛，经济性高，对环境无二次污染，抗中毒能力强等诸多优点。氧化镨（Pr

基于上述原因，研究和开发一种用于柴油车碳烟催化燃烧、NO催化氧化及NO

发明内容

本发明的目的是提供一种用于柴油车尾气催化净化的多功能型镨氧化物纳米棒催化剂。包括以下制备步骤：

（1）称取一定量的硝酸镨（Pr

（2）将溶液I与溶液II混合，充分搅拌；持续搅拌下向所得混合溶液缓慢加入氢氧化钠溶液直至沉淀混合液pH值介于9-11，80℃恒温搅拌2-10h；

（3）静置至室温后，将步骤（2）得到的混合浊液离心、洗涤、干燥，然后经高温煅烧，得到的材料即为镨氧化物纳米棒催化剂。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点。

1. 本发明合成的催化剂是以CTAB作为软模板，通过CTAB辅助共沉淀法制备。

2. 本发明合成的Pr

3. 本发明合成的Pr

4. 本发明是同时具有柴油车碳烟催化燃烧、NO催化氧化及NO

5. 本发明方法简单易行，制备条件温和，原料廉价易得，且未使用有毒反应原料，是一种环境友好的绿色合成催化剂。

附图说明

图1为本发明制备的Pr

图2为实施例2制备的Pr

图3为本发明制备的Pr

图4为本发明制备的Pr

图5为本发明制备的Pr

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，本发明包括但不限于下面的实施例。

实施例一：

（1）按摩尔比例为1:1称取适量的十六烷基三甲基溴化铵（C

（2）充分搅拌后，将盐溶液倒入CTAB溶液中，以1 M NaOH溶液作为沉淀剂，持续搅拌下向步骤（1）得到的溶液中逐滴加入，直至溶液pH≈10，80℃恒温搅拌5h。

（3）静置至室温后，将步骤（2）得到的溶液用无水乙醇、去离子水交替洗涤，110℃干燥过夜，500℃恒温煅烧5h。降至室温后取出，得到的样品即为一种同时具有柴油车碳烟催化燃烧、NO催化氧化及NO

对本实施例制得的样品进行XRD检测和氮气吸脱附测试，其结果分别见图1和图3。从图1可以看出，该方法合成的立方萤石结构镨氧化物平均粒径为6.3nm。从图3可以看出，产品呈现微孔、介孔、大孔的多级孔结构（孔径分布在2-120nm），比表面积为39m

实施例二：

（1）按摩尔比例为1:1称取适量的十六烷基三甲基溴化铵（C

（2）充分搅拌后，将盐溶液倒入CTAB溶液中，以1 M NaOH溶液作为沉淀剂，持续搅拌下向步骤（1）得到的溶液中逐滴加入，直至溶液pH≈10，80℃恒温搅拌5h。

（3）静置至室温后，将步骤（2）得到的溶液用无水乙醇、去离子水交替洗涤，110℃干燥过夜，600℃恒温煅烧5h。降至室温后取出，得到的样品即为一种同时具有柴油车碳烟催化燃烧、NO催化氧化及NO

对本实施例制得的样品进行XRD检测，扫描电镜图谱和氮气吸脱附测试，其结果分别见图1-3。该实施例合成的晶相单一的立方萤石结构氧化镨，经测试其平均粒径为10nm；呈现均匀分布的纳米棒形貌；比表面积为44m

实施例三：

（1）按摩尔比例为1:1称取适量的十六烷基三甲基溴化铵（C

（2）充分搅拌后，将盐溶液倒入CTAB溶液中，以1 M NaOH溶液作为沉淀剂，持续搅拌下向步骤（1）得到的溶液中逐滴加入，直至溶液pH≈10，80℃恒温搅拌5h。

（3）静置至室温后，将步骤（2）得到的溶液用无水乙醇、去离子水交替洗涤，110℃干燥过夜，700℃恒温煅烧5h。降至室温后取出，得到的样品即为一种具有柴油车碳烟催化燃烧、NO催化氧化及NO

对本实施例制得的样品进行XRD检测和氮气吸脱附测试，其结果分别见图1和图3。从图1可以看出，该实施例合成的晶相单一的立方萤石结构氧化镨，其平均粒径为20.2nm；从图3可以看出，产品呈现介孔与大孔交错的孔结构（孔径分布在10-80nm），经测试其比表面积为21m

实施例四

（1）按摩尔比例为1:1称取适量的十六烷基三甲基溴化铵（C

（2）充分搅拌后，将盐溶液倒入CTAB溶液中，以1 M NaOH溶液作为沉淀剂，持续搅拌下向步骤（1）得到的溶液中逐滴加入，直至溶液pH≈10，80℃恒温搅拌5h。

（3）静置至室温后，将步骤（2）得到的溶液用无水乙醇、去离子水交替洗涤，110℃干燥过夜，800℃恒温煅烧5h。降至室温后取出，得到的样品即为一种具有柴油车碳烟催化燃烧、NO催化氧化及NO

对本实施例制得的样品进行XRD检测和氮气吸脱附测试，其结果分别见图1和图3。该实施例合成的晶相单一的立方萤石结构氧化镨，经测试其平均粒径为32.2nm；比表面积为14m

实施例五

分别取上述实施例一、二、三和四制得镨氧化物催化剂，模拟柴油车排气气氛，用德国Degussa公司的Printex-U碳黑替代柴油机排放的碳烟颗粒，采用程序升温氧化技术评价催化剂的碳烟催化燃烧活性。如图4所示，模拟柴油车排气条件，在NO/O

实施例六

分别取上述实施例一、二、三和四制得镨氧化物催化剂用于NO氧化反应，筛选出40-80目的催化剂颗粒填充入石英管，实验在固定床反应器中进行，反应温度为100-700℃。如图5所示，当镨氧化物催化剂存在时，NO可以被有效地氧化为NO

实施例七

分别取上述实施例一、二、三和四制得镨氧化物催化剂用于静态NO

表1 镨氧化物纳米棒材料的NO