一種汽車尾氣顆粒過濾器涂層材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及涂層結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于汽車尾氣顆粒過濾器用涂層材料及 其制備方法技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車尾氣排放是造成大氣污染的主要污染源之一，其污染物主要有碳?xì)浠衔?(HC)、一氧化碳（CO)、氮氧化物（NOx)、顆粒物（PM)及二氧化硫等有害物質(zhì)。這些有害污染 物直接危害著人們的身心健康，對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。世界各國都投入了大量的人力、物 力和財力來治理汽車尾氣排放污染問題，制定了汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)并日趨嚴(yán)格，要求所有 的機(jī)動車排放尾氣都必須達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。
[0003] 隨著機(jī)動車顆粒物排放法規(guī)的日益提高，顆粒捕集器的應(yīng)用越來越廣泛，常規(guī)的 顆粒捕集器的捕集效率一般在50%~98%之間，但是由于顆粒捕集器捕集到的顆粒需要 很高的溫度，一般需要達(dá)到600°C以上才能被氧化掉。在沒有外界條件的作用下，顆粒物在 排氣系統(tǒng)內(nèi)很難被消除掉，如果不能實現(xiàn)再生，顆粒捕集器很快將被顆粒堵塞，失去過濾性 能，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。現(xiàn)有的顆粒捕集器通常采用催化劑，其中包含鈰成分，從而降低再生 溫度，催化氧化顆粒捕集器捕集到的顆粒。然而，現(xiàn)有的催化氧化捕集器采用的催化劑再生 平衡點溫度仍在500°C以上。由于溫度過高，使顆粒捕集器的熱量控制系統(tǒng)變得復(fù)雜，穩(wěn)定 性差。由于熱量通常來自汽車廢氣、燃料燃燒或電氣加熱，從而，過高的催化氧化溫度會導(dǎo) 致能源的浪費。因此，需要開發(fā)一種再生平衡點溫度在280°C~300°C的顆粒催化過濾器用 涂層材料，實現(xiàn)低溫連續(xù)被動再生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的顆粒捕集器涂層材料，能夠降低催 化劑的再生平衡點溫度，從而充分利用廢氣熱量，簡化熱量控制系統(tǒng)，降低能量消耗。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種汽車尾氣顆粒過濾器涂 層材料，其特征在于：該材料包括基體和多個涂層，貴金屬元素、鈰和鋯、以及過渡金屬分別 位于不同的三個涂層上，各組分以氧化物計質(zhì)量比為（貴金屬：氧化鈰：氧化鋯：過渡金屬 氧化物）=1~10:20~40:10~20:30,其中，鈰：錯=1:0. 5~2,其中，三個涂層的孔 隙率由內(nèi)側(cè)向外側(cè)逐步增大。
[0006] 其中，所述貴金屬元素為鉑或鈀。
[0007] 其中，所述過渡金屬元素為錳、鈷、鎳或其組合。
[0008] 其中，所述過渡金屬元素為錳和鎳，其氧化物質(zhì)量比為1 :1。
[0009] 其中，所述過渡金屬元素為錳、鈷和鎳，其以氧化物計質(zhì)量比為1 :1 :2。
[0010] 其中，氧化鈰：氧化鋯質(zhì)量比為1 :〇· 88。
[0011] 其中，過渡金屬元素為錳和鎳，各組分以氧化物計質(zhì)量比為（貴金屬：氧化鈰：氧 化鋯：二氧化錳：氧化鎳）=1 :20 :12 :20 :20。
[0012] 其中，貴金屬元素位于最外側(cè)涂層，鈰和鋯位于中間涂層，過渡金屬位于最內(nèi)側(cè)涂 層。
[0013] 本發(fā)明還提供了一種涂層材料的制備方法，其特征在于，制備步驟包括：（1)將基 體浸入到包含過渡金屬的硅鋁漿液中，取出，吹去殘液，干燥，焙燒，得到負(fù)載第一涂層的基 體；（2)將步驟（1)得到的處理后的基體在包含鈰和鋯的第二涂層漿液中浸漬處理，取出， 吹去殘液，干燥，焙燒，得到負(fù)載涂層后的基體；（3)用含有貴金屬的浸漬液浸漬步驟（2)得 到的基體，干燥，焙燒，得到最終產(chǎn)物。
[0014] 其中，所述步驟（1)中的第一涂層漿液的制備方法如下：首先將鋁溶膠與白炭黑 混合均勻，加入表面活性劑混合1~30分鐘后，再加入二氧化錳和硝酸鎳，超聲分散30分 鐘，得到第一涂層漿液；
[0015] 其中，所述步驟（2)中的第二涂層漿液的制備方法如下：首先將二氧化鈦、白炭 黑、氧化鈰、氧化鋯和酸溶液混合均勻，然后加入鋁溶膠混合均勻，再加入表面活性劑，混合 1~120分鐘，即可得到漿液；
[0016] 其中，所述步驟（3)中所述的浸漬液為含有Pt或Pd的水溶液；
[0017] 其中，所述基體為堇青石陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)基體。
[0018] 本發(fā)明由于汽車尾氣中的NO2在貴金屬鉑的催化作用下對顆粒（PM)的氧化活性 很高，且本發(fā)明提供的顆粒捕集器用催化劑具有特定的鈰鋯比，從而提高了催化再生的效 率；其中含有的過渡金屬錳，能夠降低鈰、鋯及貴金屬的再生溫度；含有的過渡金屬鎳，能 夠和錳發(fā)生協(xié)同作用，從而進(jìn)一步降低催化劑整體的再生平衡點溫度。采用本發(fā)明的催化 劑，催化顆粒捕集器的再生平衡點溫度為280°C~300°C，可充分利用汽車發(fā)動機(jī)排出的廢 氣熱量進(jìn)行再生。
【具體實施方式】
[0019] 下面通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作更為詳細(xì)地說明，而且所述實施例不 應(yīng)理解為本發(fā)明范圍的限制。實施例中所用堇青石蜂窩陶瓷的尺寸為截面直徑為60_，高 為40mm的圓柱形載體。
[0020] 對比例1
[0021] 將硝酸鈰和硝酸鋯加入鋁溶膠中，兩者以氧化物計的重量比為1 :1，經(jīng)研磨分散1 小時，獲得均勻分散液，將堇青石蜂窩陶瓷浸入分散液中24小時，獲得產(chǎn)品DL
[0022] 實施例1
[0023] 堇青石預(yù)處理：將堇青石蜂窩陶瓷完全浸沒于4wt%的硝酸溶液中，浸泡時間為2 小時，取出后用去離子水沖洗3次，放入烘箱在120°C條件下，干燥15小時，得到表面活化的 堇青石蜂窩陶瓷載體。
[0024] 鋁溶膠制備：將20克擬薄水鋁石加入到150mL去離子水中，在攪拌的同時滴加7 克濃硝酸。攪拌一定時間后，加熱至80°C，滴加硝酸至完全膠溶，控制溶液pH值在2~5， 陳化24小時，得到透明鋁溶膠，以氧化鋁計含量為8wt%。
[0025] 第一涂層漿液制備：首先將150克鋁溶膠與6克氣相白炭黑混合均勻，加入4克脂 肪醇聚氧乙烯醚（分子式為RO (CH2CH2O) 5H，其中R為C7~C9)攪拌混合30分鐘后，再加入 15g二氧化錳和55g硝酸鎳，經(jīng)超聲分散30分鐘后，即可得到涂層液。
[0026] 第二涂層漿液制備：將60克納米二氧化鈦（15-50nm)，17克氣相白炭黑 (10-80nm)，20克納米氧化鈰和17. 6克納米氧化鋯，加入178ml的硝酸溶液（0. lmol/L)中， 攪拌均勻后，向其中加入52克鋁溶膠，采用高剪切分散乳化機(jī)（FLUKO FA2510000rpm)剪切 分散10分鐘，然后加入10. 5克脂肪醇聚氧乙烯醚（分子式為RO (CH2CH2O) 5H，其中R為C7~ C9)，再剪切分散1分鐘后制得涂層漿液