一种柴油车催化剂型颗粒物净化器的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于催化剂制备、涂覆技术领域，尤其属于氧化型催化剂制备及壁流式载 体涂覆技术领域。
【背景技术】
[0002] 柴油车发动机以其较高的燃油经济性、较高的动力性和良好的耐久性，成为了大 中型商用车的首选动力。同时，随着柴油车小型化轻型化的技术日益成熟，轻型柴油车在市 场上所占的比例越来越大。但是柴油车高的颗粒物（PM)排放是满足严格排放法规的主要 障碍，而且颗粒物污染直接危害人体健康，一旦PM被吸入人体后会直接进入支气管，干扰 肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。因此，如何有效净化 柴油车尾气中的PM就成为当前一个急待解决的问题。
[0003] 目前，颗粒捕集器（DPF)是一种解决柴油车排放尾气中PM的有效手段，它由收集 排气微粒的滤芯和周期性的把滤芯中积存的微粒燃烧或氧化掉的再生系统组成。该技术先 用DPF捕集废气中的PM，然后通过对收集的PM进行氧化来使DPF再生，从而可以从柴油机 排气中去除碳烟颗粒，其效率超过90%。一般情况下，PM起燃温度一般为550~650°C，要 高于柴油机的正常排气温度。因此，要使PM燃烧，一是通过在燃油或者过滤体表面加入催 化剂，降低PM的反应活化能，从而降低PM的起燃温度，在正常排气温度下使其氧化，即被动 再生；二是采用加热技术提高柴油机排气温度或过滤体的温度，达到PM起燃温度，使过滤 体内沉积的PM得以燃烧，即主动再生。目前，使用最广泛的还是被动再生技术，通过在DPF 上涂覆催化剂使得PM在正常的排气温度下燃烧，从而得以PM的再生，这种涂有催化剂的颗 粒捕集器被称为⑶PF。
[0004]目前，国内外学者对于CDPF催化剂研究的比较多，尤其是对贵金属和非贵金属催 化剂研究的甚多。如美国专利（US20090285736)研究的单Pt贵金属催化剂Pt/Mn02:Ce02 =1:1、Pt/Mn02:CeO2:CaO= 4:4:1，虽然具有较低的PM起燃温度，但其耐高温老化性能较 差。对于非贵金属催化剂虽然成本较低，但是其新鲜和老化活性不高，使得PM的起燃温度 较高，所以对于PM的被动再生过程意义不大。因此，如何保证催化剂使得PM在较低温度下 起燃，且催化剂具有抗高温老化性能，是决定PM连续再生的关键，也是决定着该技术能否 广泛用于我国柴油车尾气中PM的净化。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中⑶PF催化PM起燃温度较高，使用效果不佳， 且容易老化失效在的不足，提供一种用于DPF催化PM起燃的催化剂，以及使用该催化剂的 CDPF设备，促进柴油车尾气排放中PM净化。
[0006] 本发明同时还提供了上述催化剂及⑶PF的制备及涂覆方法，以便于制备出上述 的催化剂型颗粒物捕集器。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
[0008] -种用于柴油车尾气中PM净化的催化剂，所述催化剂由下式表示：
[0009] Pt-Pd/Co2O3/CeO2-ZrO2
[0010] 其中，CeO2-ZrO2是铈锆复合氧化物载体；Co203是催化剂的助剂成分；Pt、Pd是贵 金属催化剂的活性组分。
[0011] 其中，Co2O3重量百分比含量为载体重量的5% -10% ;Pt、Pd贵金属两者总重量百 分比含量为载体重量的1% -2%，其中Pt:Pd= 2:1-1:2。其中Pt、Pd加入量以贵金属原 子质量计。
[0012] 涂覆本发明催化剂的CDPF具有活性高、稳定性好、捕集效率高的优良特点，能够 有效地减少柴油车尾气中排放出来的颗粒物，从而减少尾气对环境和人类造成的危害，满 足国五轻型柴油车排放标准。经实验证明上述催化剂碳烟的起燃温度很低，而且抗老化性 能进一步增强，能够实现催化剂在再生过程中高温环境下的活性。
[0013] 进一步，优选上述催化剂成分中Co2O3的含量为载体重量的5% -10%，最好是8% 左右。
[0014] 进一步，优选上述催化剂成分中贵金属的含量为载体重量的1% -2%，最好是 1.5%左右。优选的，贵金属成分中Pt:Pd= 2:l-l:2(重量）。最好是Pt:Pd= 2:l。
[0015] 本发明的另一目的是提供一种制备上述催化剂材料的方法。
[0016] -种上述催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0017] (1)按比例取铂、钯原料化合物混合均匀。
[0018](2)按比例加入钴的化合物，配制得到红色溶液。
[0019](3)测试CeO2-ZrO^锆载体粉末的比孔容，根据载体粉末的质量和比孔容计算载 体和步骤2中红色溶液的用量比，计算公式如下：
[0020] 溶液的总体积=载体粉末的质量X比孔容
[0021] 按计算结果取载体粉末，加入到步骤（2)所得的红色溶液中，搅拌，得到浅黄色细 粉末。
[0022] (4)将步骤（3)所得黄色粉末干燥，然后在500~650°C焙烧，得到Pt-Pd/Co203/ CeO2-ZrO2催化剂粉末。
[0023] 上述Pt-Pd/Co203/Ce02-Zr02，贵金属复合氧化物催化剂，其中Pt:Pd= 2:1-1:2,活 性组分Pt、Pd是以硝酸钼、硝酸钯的形式加入，两者总含量为催化剂中载体重量百分含量 的1% -2%，最好是1. 5%。Co2O3是以六水硝酸钴的形式加入，含量为催化剂中载体重量百 分含量的5% -10%，最好是8%。
[0024] 本发明的另一目的是提供一种应用上述催化剂成分的颗粒捕集器/催化转化器。
[0025] -种含有上述催化剂成分的催化转化器，将上述催化剂、助剂和粘结剂混合均匀， 得到催化剂浆料，涂覆在陶瓷材料的载体上，干燥，焙烧，得到CDPF催化单元，封装得到完 整的催化转化器。
[0026] 进一步，所述催化剂浆料组成为：上述催化剂粉末（Pt-Pd/C〇203/Ce02-Zr02)、醋 酸、粘结剂（高粘）、分散剂（PVA、ZS-182)、水。所述分散剂是PVA、ZS-182中的一种或两 种。其中醋酸作为助剂使用，醋酸重量为催化剂粉料重量的5 % -8 %，优选6 %。粘结剂重 量为催化剂粉料重量的5% -8 %，优选6 % ;分散剂重量为催化剂粉料重量的0. 5% -1%， 优选0.6%。水的用量是根据浆料的固含量计算，一般限定浆料的固含量为15% -25%。
[0027] 所述PVA是聚乙烯醇。所述ZS-182是乙氧基化烷基酚型表面活性剂。
[0028] 进一步，所述粘结剂主要是为了改进催化剂强度，粘结剂可以是硅溶胶、铝溶胶和 高粘中的一种或几种。粘结剂应用最多的有硅溶胶、铝溶胶，其品质稳定可靠，粘结效果优 良。本发明中优选使用高粘作为粘结剂，高粘又名拟薄水铝石，是一水合氧化铝，分子式 Al2O3 ?nH20(n= 0. 08-0. 62)，无毒、无味、无臭的白色粉末，胶溶性能好，粘结性强，具有比 表面高、孔容大等特点，高粘购自山东铝业。
[0029] 上述催化剂浆料中的分散剂有PVA、ZS-182两种，其中PVA和ZS-182的比例为 1:1~2:1。特别是优选PVA的重量为催化剂粉料重量的1 %、ZS-182的重量为催化剂粉料 重量的0. 6%。经实验证明上述催化剂浆料中的分散剂能够使浆料中的催化剂颗粒得到很 好地分散，有助于催化剂浆料在DPF载体上的涂覆及催化剂活性成分的分散。
[0030] 本发明的另一目的是提供一种应用上述催化剂成分的颗粒捕集器的制备方法。
[0031] 一种制备上述催化转化器的方法，包括以下步骤：
[0032] (1)取高粘、醋酸和水，磨浆。加入Pt-Pd/C〇203/Ce02-Zr0^化剂粉末原料、分散 剂和水，再次磨浆，控制浆料粒径为〇. 3~0. 8ym。
[0033] (2)将步骤（1)得到的浆料涂覆在陶瓷载体上，控制上浆时间50~55秒，吹去多 余的衆料。
[0034] (3)将步骤（2)得到的负载有催化剂材料的陶瓷载体干燥，然后600~650°C焙 烧，得到CDPF催化单元，封装得到完整的催化转化器。
[0035] 本发明封装的催化转化器催化碳烟的起燃温度很低，抗老化性能优良，能够实现 催化剂在再生过程中高温环境下的活性。
[0036] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0037]1.本发明的催化剂碳烟的起燃温度很低，而且抗老化性能良好，能够实现催化剂 在再生过程中高温环境下的活性。
[0038] 2.本发明催化剂活性高、稳定性好、捕集效率高，能够有效地减少柴油车尾气中排 放出