一種低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑及其制備方法和應用技術

本發明專利技術涉及一種低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑及其制備方法和應用，所述低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑為形狀不規則的納米顆粒，粒徑分布為40～140?nm，所述催化劑含有過渡金屬元素Mn和貴金屬，所述貴金屬含量為0.5～1.5wt%，優選為1.0?wt%。本發明專利技術所述的共沉淀法便于操作及放大生產，原料廉價易得，無需專業設備，具有極大的產業化應用前景。

Low load noble metal type carbon smoke combustion catalyst, preparation method and application thereof

The present invention relates to a low load of precious metal type soot combustion catalyst and preparation method and application thereof, wherein the low load of precious metal type soot nanoparticles for irregular combustion catalyst, particle size distribution of 40 to 140 nm, the catalyst containing transition metals Mn and precious metals the noble metal content is 0.5 ~ 1.5wt%, preferably 1 wt%. The coprecipitation method of the invention is easy to operate and enlarge production, the raw material is cheap and easy to obtain, and no specialized equipment is needed, and the utility model has great industrial application prospect.

【技術實現步驟摘要】
一種低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑及其制備方法和應用
本專利技術屬于催化材料
，具體涉及用于柴油車尾氣凈化的一種低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑及其制備方法和應用。
技術介紹
柴油車由于其經濟、熱效高以及航程長等優勢而在實際生活中得到廣泛的應用。然而，柴油機排放的顆粒物(PM，主要為碳黑顆粒)和氮氧化物嚴重危害了環境和人類，因此，高效的后處理凈化工藝勢在必行。通常，一個微粒過濾器(DPF)被用來收集柴油車尾氣中的碳黑顆粒，收集的碳黑顆粒可以在一個相當高的溫度(>600℃)被O2氧化。然而，柴油機的排氣溫度一般在150到400℃，其較低的溫度難以讓尾氣中的碳黑顆粒得以燃燒，長期使用后導致DPF失活。因此，開發一種高效的催化劑，使碳黑顆粒在較低的溫度下完全氧化是一項迫在眉睫的工作。常見的用于碳煙顆粒氧化的催化劑，如：CeO2基化合物、鈣鈦礦氧化物等，或是因為缺乏多孔結構而不利于活性位點與碳顆粒的接觸進而導致催化劑活性過低，或是因為多孔結構的制備成本過于高昂，從而不利于碳煙顆粒氧化催化劑的規模應用。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術目的在于提供一種低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑及其制備方法和應用。一方面，本專利技術提供了一種低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑，所述低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑為形狀不規則的納米顆粒，粒徑分布為40～140nm，所述催化劑含有過渡金屬元素Mn和貴金屬，所述貴金屬含量為0.5～1.5wt％。本專利技術所述材料呈現高分散納米顆粒狀形貌，具有晶化結構，活性優異，在固體污染物的燃燒降解方面有潛在應用前景。較佳地，所述貴金屬為Pt、Pd、Rh中的至少一種。較佳地，所述貴金屬含量優選為1.0wt％。較佳地，所述催化劑的比表面積為10～50m2/g，孔徑大小為10～50nm，孔容為0.10-0.50cm3/g。另一方面，本專利技術還提供了低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑的制備方法，包括：將錳鹽溶液A和堿性溶液B混合后攪拌一定時間，再經離心水洗、干燥后得到干燥產物；將干燥產物加入到貴金屬鹽溶液中，在40～99℃下蒸干后得到混合粉體；將所得混合粉體在400～600℃下煅燒1～5小時，得到所述低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑。蒸干過程使得貴金屬鹽均勻沉積到粉體上。本專利技術結合沉淀法和沉積沉淀法制備所述低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑。具體來說先將錳鹽溶液A和堿性溶液B攪拌混合后，發生反應產生沉淀物質，再經離心、干燥后得到干燥產物。將所得干燥產物與貴金屬鹽溶液均勻混合，在40～99℃下蒸干后得到混合粉體，此過程中不使用任何有機物。將所得混合粉體經煅燒后就能得到呈現高分散納米顆粒形貌，晶化良好，催化活性高的低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑。較佳地，所述錳鹽為Mn的硝酸鹽、醋酸鹽、硫酸鹽、氯化物中的至少一種，所述錳鹽溶液A的中錳離子的摩爾濃度為0.01～0.50mol/L，優選為0.10～0.30mol/L。較佳地，所述堿性溶液B中溶質為碳酸氫鹽或/和碳酸鹽，優選為碳酸氫鹽，所述堿性溶液B的濃度為0.5～5.0mol/L，優選為0.5～1.0mol/L。較佳地，所述錳鹽溶液A和堿性溶液B的體積比為(0.1～10)：1。較佳地，所述貴金屬鹽為貴金屬的各類無機鹽，優選為硝酸鉑銨、氯鉑酸、氯化鉑銨中的一種。較佳地，所述錳鹽溶液A和堿性溶液B混合方式為堿性溶液B快速倒入錳鹽溶液A中、錳鹽溶液A滴入堿性溶液B中、或錳鹽溶液A與堿性溶液B并流沉淀，優選為堿性溶液B快速倒入錳鹽溶液A中。較佳地，所述攪拌為在0～100℃下攪拌5分鐘～24小時，優選為在25℃下攪拌10分鐘～1小時。較佳地，所述煅燒的升溫速率為0.5～10℃/分鐘，優選為1℃/分鐘。較佳地，煅燒氣氛可為流動空氣或靜態空氣，優選為靜態空氣。較佳地，煅燒溫度優選為500℃，煅燒時間優選為2小時。較佳地，所述貴金屬鹽和錳鹽的質量比為(0.5～1.5％)：1。再一方面，本專利技術還提供了一種單分散微米球狀碳煙燃燒催化劑在機動車尾氣處理中的應用。本專利技術結合沉淀法和沉積沉淀法，在低溫下反應得到產物，不使用任何有機物，經煅燒后呈現高分散納米顆粒形貌，晶化良好，催化活性高，能夠使碳煙顆粒在390℃的低溫燃燒完全。本專利技術所述的共沉淀法便于操作及放大生產，原料廉價易得，無需專業設備，具有極大的產業化應用前景。附圖說明圖1為本專利技術實施例1所制得的低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑的透射電子顯微鏡(TEM)圖；圖2為本專利技術實施例1所制得的低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑的X射線衍射圖譜；圖3為本專利技術實施例2中低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑對碳煙的催化效果。具體實施方式以下通過下述實施方式進一步說明本專利技術，應理解，下述實施方式僅用于說明本專利技術，而非限制本專利技術。本專利技術結合沉淀法和沉積沉淀法(浸漬法聯合法)制備得到低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑，其中所述低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑為結晶良好且呈現高分散形狀不規則的多孔納米顆粒形貌的貴金屬負載型催化劑，所述催化劑含有過渡金屬元素Mn和貴金屬。所述貴金屬含量可為0.5～1.5wt％(按Pt、Pd、Rh元素的質量計)，優選為1.0wt％。取值0.5～1.5wt％(優選1.0wt％)時，催化性能較好，且成本不致過高。所述貴金屬可為Pt、Pd、Rh中的至少一種。本專利技術制備所得低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑的粒徑尺寸可為40～140nm。本專利技術方法成本低廉，產率高效，無需專業設備，具有極大的產業化生產價值。以下示例性地說明本專利技術提供的低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑的制備方法。將一定量的原料物質(錳源)溶解到一定量的溶劑(例如水、醇水混合溶劑等)中得到錳鹽溶液A(以下可簡稱溶液A)。原料物質可以是Mn的硝酸鹽，醋酸鹽，硫酸鹽或氯化物中的一種或幾種。Mn源優選為硝酸鹽。溶液A中金屬離子(錳離子)的濃度可為0.01～0.50摩爾/升，優選為0.10～0.30摩爾/升。將沉淀劑溶解到一定量的溶劑(例如水、醇水混合溶劑等)中得到堿性溶液B(以下可簡稱溶液B)。溶液B所用沉淀劑可以是碳酸氫鹽(例如碳酸氫鈉、碳酸氫銨等)，碳酸鹽(例如碳酸鈉、碳酸銨等)等堿性物質，優選為碳酸氫鹽。溶液B的濃度可為0.5～5.0mol/L，優選為為0.5～1.0mol/L。攪拌條件下，溶液A、溶液B混合，一定溫度下攪拌一定時間，得到含有沉淀物質的混合溶液。其中所述錳鹽溶液A和堿性溶液B的體積比可為(0.10～10)：1。所述溶液A和溶液B的混合方式可以是溶液B快速倒入溶液A中，或溶液A滴入溶液B中，或溶液A、溶液B并流沉淀，優選為溶液B快速倒入溶液A中，利于得到單分散、粒徑均一的沉淀物。采用快速倒入的方式時，其加入速度一般超過50mL/min，優選超過600ml/分鐘，更優選超過1200mL/min。采用滴加的方式時，其加入速度可為1-50mL/min。溶液A、溶液B攪拌可在0～100℃下進行，優選為在25℃下進行，不需加熱或冷卻，節省能量。攪拌時間可為5分鐘到24小時，優選為10分鐘到1小時，反應快速完成，省工省時。將所得含有沉淀物質的混合溶液經過離心水洗和干燥處理后，得到干燥產物。其中干燥溫度可為80～120℃，干燥時間可為2～12小時。將一定量貴金屬鹽和干燥產物共同分散在溶劑(例本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑，其特征在于，所述低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑為形狀不規則的納米顆粒，粒徑分布為40～140?nm，所述催化劑含有過渡金屬元素Mn和貴金屬，所述貴金屬含量為0.5～1.5wt%，優選為1.0?wt?%。

【技術特征摘要】
1.一種低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑，其特征在于，所述低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑為形狀不規則的納米顆粒，粒徑分布為40～140nm，所述催化劑含有過渡金屬元素Mn和貴金屬，所述貴金屬含量為0.5～1.5wt%，優選為1.0wt%。2.根據權利要求1所述的低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑，其特征在于，所述貴金屬為Pt、Pd、Rh中的至少一種。3.根據權利要求1或2所述的低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑，其特征在于，所述催化劑的比表面積為10～50m2/g，孔徑大小為10～50nm，孔容為0.10-0.50cm3/g。4.一種如權利要求1-3中任一項所述低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑的制備方法，其特征在于，包括：將錳鹽溶液A和堿性溶液B混合后攪拌一定時間，再經離心水洗、干燥后得到干燥產物；將干燥產物加入到貴金屬鹽溶液中，在40～99℃下蒸干后得到混合粉體；將所得混合粉體在400～600℃下煅燒1～5小時，得到所述低負載量貴金屬型碳煙燃燒催化劑。5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述錳鹽為Mn的硝酸鹽、醋酸鹽、硫酸鹽、氯化物中的至少一種，所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙晗，周曉霞，王敏，潘琳鈺，陳航榕，施劍林，
申請(專利權)人：中國科學院上海硅酸鹽研究所，
類型：發明
國別省市：上海,31