一种耐高温储氧材料及其制备方法与流程

本发明涉及催化剂
技术领域：
，具体涉及一种适用于二冲程油锯尾气净化三元催化剂的耐高温储氧材料及其制备方法。
背景技术：
：二冲程油锯是一款应用于园林护理、伐木等领域的一种动力工具，由于转速高，要求功率大，而控制排放就要损失很大的功率。解决这款机器排放的途径有两种：一是通过分层扫气气缸降低排放，达到标准限值，而此技术一直被国外主流厂家专利所控制；二是通过增加后处理催化器+发动机优化方式达到，此时为了保证机器工作性能，要求过量空气系数达到0.9以下，由于氧含量不足，催化器转化效率不高，往往不能满足现行欧美排放标准。而要将空燃比一直控制在理论范围内是比较困难的。所以，我们主要致力于拓宽催化剂的工作窗口来提高催化器的转化效率。储氧材料是三元催化剂的核心组成部分之一。通过研究表明，Ce有吸氧和放氧的作用，可以用来改善净化过程中的氧化-还原反应。加入La则可以有效的提高Ce的储氧能力。铈有+3和+4两种氧化态，当尾气在富氧和贫氧之间交替变化时，Ce4+和Ce3+交替产生，从而使尾气在贫氧条件下因铈被还原放氧而帮助HC和CO的氧化。而当富氧时又通过吸附氧与过量的氧反应。这样储放氧的过程，随着空燃比的变化周而复始地进行着。但是实验表明这种变化只存在于新鲜态的催化剂中，严重老化的催化剂中这种变化时不可逆的，铈只以Ce3+的形式存在。此外高温时，Ce的储氧能力降低，对CO的过量氧化特性也随之降低。技术实现要素：为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种耐高温储氧材料，本储氧材料的耐高温性能好，能够有效提高催化剂的使用寿命和转化效率。为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：一种耐高温储氧材料，由如下重量含量的组分组成：储氧材料主体86～95％、助剂2～10％、分散剂1～5％；其中，所述储氧材料主体是稀土材料，包括稀土元素Ce、Zr、La、Y，可以选用硝酸铈、硝酸锆、硝酸镧和硝酸钇，通过添加Zr和Y使储氧材料形成固溶体，能够有效提高Ce的稳定性，从而改善高温下储氧材料的储氧能力，应用于三元催化剂中，利于提高其转化效率。作为优选，所述储氧材料主体的重量配比如下：硝酸铈40～50％、硝酸锆43～50％、硝酸镧3～10％、硝酸钇3～8％。作为优选，所述助剂由硝酸铜、硝酸钕、硝酸镧、硝酸锰或硝酸镁中的任意两种或两种以上的任意比例的混合物组成。作为优选，所述分散剂由聚乙烯醇和柠檬酸以任意比例混合而成。本发明还提供了制备以上所述储氧材料的方法，主要包括如下步骤：(1)按照比例称取硝酸铈、硝酸锆、硝酸镧、硝酸钇，制备成储氧材料主体溶液；(2)配制助剂液，利用分散机，500r/min的速度下，将助剂液加入储氧材料主体溶液中制得混合液，分散15～30min，分散过程中混合液pH控制在8～10；(3)用氨水和过氧化氢混合，制备成沉淀液；(4)在50℃恒温水浴的条件下，将制得的混合液和沉淀液按照重量比25:15的比例并流搅拌，并流过程中，溶液pH控制在8～10；并流完成后于100～120℃陈化10h，再在20～25℃环境下，静置10～24h，形成沉淀物；(5)对沉淀物进行抽滤并用去离子水冲洗干净后，pH控制在6～8，干燥10～15h；(6)干燥后的样品300℃焙烧1h，再550℃保温5h，使用程序升温，升温速率为5℃/min；(7)将焙烧后的样品进行球磨，控制样品粒径D50在2～4um，完成储氧材料的制备。与现有技术相比，本方法具有至少以下有益效果：(1)本储氧材料的耐高温性能好，经过1000℃/4h老化后，粉体的比表面积能达到50m2/g以上，添加了该储氧材料的催化剂寿命得到大大提高。(2)本储氧材料的储放氧功能强，添加本储氧材料的催化器起燃温度有明显降低，拓宽了催化器的工作窗口，使转化效率大大提高。(3)本储氧材料制备工艺简单，成本低，同时可以减少催化器中贵金属的使用量。附图说明以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：图1是实施例1制备的储氧材料DP1经1000℃/4h老化后比表面积曲线图；图2是实施例2制备的储氧材料DP2经1000℃/4h老化后比表面积曲线图；图3是利用实施例1储氧材料DP1制备的三元催化剂的空燃比特性实验曲线图。具体实施方式下面结合实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，下述描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。实施例1应用于二冲程油锯的储氧材料的制备方法，主要包括以下步骤：(1)按照如下比例称取硝酸铈、硝酸锆、硝酸镧、硝酸钇制备成储氧材料主体溶液；硝酸铈：40％、硝酸锆：50％、硝酸镧：5％、硝酸钇：5％；(2)配制助剂液，选用1％的硝酸锰和2％的硝酸镁，溶于去离子水中，再利用分散机，500r/min的速度下，将助剂液加入储氧材料主体溶液中制得混合液，分散20min左右，分散过程中混合液pH控制在8～10之间；(3)用氨水和过氧化氢制备成沉淀液；(4)在50℃恒温水浴的条件下，将制得的混合液和沉淀液按照重量比25:15的比例并流搅拌，并流过程中，溶液pH控制在8～10；并流完成后于100～120℃陈化10h，再在20～25℃环境下，静置10～24h，形成沉淀物；(5)对沉淀物进行抽滤并用去离子水冲洗干净后，pH控制在6～8，干燥10～15h；(6)干燥后的样品300℃焙烧1h，再550℃保温5h；(7)将焙烧后的样品进行球磨，控制样品粒径D50在2～4um，完成储氧材料的制备。该粉体样品标记为DP1。实施例2应用于二冲程油锯的储氧材料的制备方法，主要包括以下步骤：(1)按照如下比例称取硝酸铈、硝酸锆、硝酸镧、硝酸钇制备成储氧材料主体溶液；硝酸铈：40％、硝酸锆：45％、硝酸镧：10％、硝酸钇：5％；(2)配制助剂液，选用2％的硝酸铜和硝酸镧，溶于去离子水中，再利用分散机，500r/min的速度下，将助剂液加入储氧材料主体溶液中制得混合液，分散20min左右，分散过程中混合液pH控制在8～10之间；(3)用氨水和过氧化氢制备成沉淀液；(4)在50℃恒温水浴的条件下，将制得的混合液和沉淀液按照重量比25:15的比例并流搅拌，并流过程中，溶液pH控制在8～10；并流完成后于100～120℃陈化10h，再在20～25℃环境下，静置10～24h，形成沉淀物；(5)对沉淀物进行抽滤并用去离子水冲洗干净后，pH控制在6～8，干燥10～15h；(6)干燥后的样品300℃焙烧1h，再550℃保温5h；(7)将焙烧后的样品进行球磨，控制样品粒径D50在2～4um，完成储氧材料的制备。该粉体样品标记为DP2。针对实施例1、实施例2制备的粉体样品DP1、DP2进行老化处理，并分别测试其比表面积，参见表1和表2。表1.实施例1制备的储氧材料经1000℃/4h老化后比表面积测试数据表表2.实施例2制备的储氧材料经1000℃/4h老化后比表面积测试数据表参见图1和表1，实施例1制备的储氧材料DP1初始比表面80m2/g，经过1000℃/4h老化后，该粉体的比表面积仍然能达到54m2/g；实施例2中，储氧材料新鲜态比表面79m2/g，经过1000℃/4h老化后，比表面为51m2/g(参见图2和表2)，该值稍低于实施例1制备材料所测值。但两组数据都可看出储氧材料具有较高的稳定性。选取方实施例1制备的储氧材料DP1，配合使用氧化铝粉及贵金属活性组分，利用南京德普瑞克催化器有限公司的催化剂制备工艺制备成湿浆料涂覆于金属载体上，并进行了大量的活性评价测试。其中，空燃比特性实验数据如图3和表3所示。表3.空燃比特性实验数据表氧平衡系数给定CO转化率NO转化率C3H8转化率0.8381.492.475.60.8582.292.578.50.8783.091.579.80.8983.892.080.40.9184.792.880.10.9385.593.481.50.9586.393.282.70.9787.193.582.90.9988.093.382.51.0089.593.782.81.0190.893.683.11.0392.692.982.81.0693.893.583.51.1096.290.881.2注：1.设定实验气体浓度：CO4％，CH400ppm，NOx300ppm，CO210％,O22.11945％，空速4*104h-1。2.实验室环境数据：室内温度：27℃，相对湿度：74％，大气压力：99.8。由表3.空燃比特性实验数据表可知，小样的空燃比区间在0.8-1.1时，三种气体成分在小样转化效率均在75％以上。说明，根据本发明方法制得的储氧材料DP1配合使用催化剂能有效改善缺氧条件下C0、NO和C3H8转化效率。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。当前第1页1 2 3