本發(fā)明涉及一種介孔Ce_xFe_1-xO₂固溶體催化劑的制備方法，屬于催化材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

柴油車尾氣中含有HC（烴類）、CO、碳煙顆粒物（PM）和NO_x等空氣污染物。受到經(jīng)濟條件、技術(shù)改造、以及清潔燃料的可再生性等因素的制約，發(fā)展柴油車尾氣后處理技術(shù)是治理柴油車尾氣中碳煙污染的重要途徑。在碳煙顆粒的后處理技術(shù)中，微粒過濾器（Diesel Particulate Filters）及其再生技術(shù)備受矚目。利用微粒過濾器將尾氣中的碳煙顆粒過濾并收集，再在燃燒室內(nèi)將碳煙氧化除去，實現(xiàn)過濾器的再生使用，這是降低碳煙顆粒物排放量最有效的方法。由于碳煙顆粒氧化燃燒的起燃溫度（500~600℃）遠高于汽車尾氣的正常溫度范圍（150~450℃），依靠主動再生技術(shù)使DPF中的溫度升高至碳煙的氧化溫度，雖然能夠達到90%的高效率，但是復(fù)雜的控制過程極易使過濾器失活。對比之下，在DPF中涂覆催化劑來降低碳煙的氧化活化能的被動再生技術(shù)更為可行。由此，柴油車尾氣后處理的研究重點轉(zhuǎn)向了制備高活性的催化劑，以及對催化劑性能的研究方面。

三效催化劑（TWC）在治理汽油車尾氣上的成功，使人們認(rèn)識到，CeO₂具有如下幾點重要性質(zhì)：（ⅰ）通過氧化還原循環(huán)Ce⁴⁺→Ce³⁺而具有的儲氧能力；（ⅱ）提高貴金屬的分散性；（ⅲ）提高載體的熱穩(wěn)定性；（ⅳ）促進水→氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)。催化劑的表面缺陷、氧的遷移速率以及表面活性氧的濃度是影響催化劑活性的關(guān)鍵因素。在CeO₂中添加三價離子（如Pr³⁺和Tb³⁺），可以降低氧遷移時的活化能，而摻雜半徑較小的離子（如Zr⁴⁺）可以提高其儲氧及抗燒結(jié)能力。將半徑較小且價態(tài)較低的離子（如Fe³⁺）引入CeO₂晶格中不僅能大大提高氧化鈰的儲放氧性能，而且存在的鐵物種還能改善 CeO₂的表面狀態(tài)，促進氧吸附位的形成。由于這些優(yōu)勢，將CeO₂和 Fe₂O₃相結(jié)合，制備Ce_xFe_1-xO₂固溶體，以期能得到性能優(yōu)越的催化劑。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種介孔Ce_xFe_1-xO₂固溶體催化劑的制備方法，經(jīng)過下列各步驟：

（1）在室溫下，按Ce與Fe的摩爾比為x:1-x（其中，0.6≤x＜1）稱取足量的金屬鈰鹽和金屬鐵鹽溶于去離子水中，配制成總的金屬離子濃度為0.25~0.5mol/L的混合溶液，攪拌均勻；

（2）按照H₂O₂與Ce³⁺摩爾比為2~3:1稱取足量的H₂O₂滴加到以上混合溶液中，持續(xù)攪拌0.5~1h；

（3）按照（金屬鈰鹽+金屬鐵鹽）與模板劑質(zhì)量比為10:1~5:1，稱取足量的模板劑溶于去離子水中，配制成0.05~0.4g/mL的溶液，滴加到步驟（2）得到的混合溶液中，持續(xù)攪拌2~6h；

（4）向步驟（3）得到的混合物中加入0.2~0.5mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為9~11，再持續(xù)攪拌6~12h；

（5）將步驟（4）得到的混合物在溫度為90~150℃的條件下老化3~5h；

（6）將步驟（5）得到的混合物過濾，用無水乙醇和去離子水分別洗滌干凈后，在80~120℃下干燥12~24h，將得到的粉末在400~600℃下焙燒3~5h，得到介孔結(jié)構(gòu)的Ce_xFe_1-xO₂固溶體催化劑。

所述金屬鈰鹽為Ce(NO₃)₃。

所述金屬鐵鹽為Fe(NO₃)₃、FeCl₃、Fe₂(SO₄)₃中的任意一種。

所述模板劑為F127、P123、CTAB中的任意一種。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）非介孔結(jié)構(gòu)的Ce_xFe_1-xO₂固溶體的比表面積通常小于50m²/g，本發(fā)明得到的介孔結(jié)構(gòu)的Ce_xFe_1-xO₂固溶體比表面積可以增加到120m²/g以上，具有更好的熱穩(wěn)定性和抗燒結(jié)性能；

（2）Ce_xFe_1-xO₂固溶體中存在的氧空位能夠顯著提高氧遷移速率，降低反應(yīng)的活化能，促進催化劑儲氧能力的提升。

附圖說明

圖1為實施例1-3制得的固溶體催化劑的XRD圖。

具體實施方式

實施例1

（1）按Ce與Fe的摩爾比=0.9:0.1，稱取0.02925mol（12.7g） Ce(NO₃)₃·6H₂O和0.00325mol（1.31g） Fe(NO₃)₃·9H₂O，溶于130mL去離子水中，攪拌均勻配制成總金屬離子濃度為0.25mol/L的溶液；

（2）稱取2g H₂O₂，加入到上述混合溶液中，攪拌30min；

（3）按照（Ce(NO₃)₃·6H₂O+ Fe(NO₃)₃·9H₂O）與F127質(zhì)量比為10:1，稱取1.4g模板劑F127溶于28mL去離子水中，配制成0.05g/mL的溶液，滴入步驟（2）得到的混合溶液中，持續(xù)攪拌2h；

（4）向步驟（3）的得到混合物中加入0.2mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為9，再持續(xù)攪拌6h；

（5）將步驟（4）得到的混合物在溫度為90℃的干燥箱中老化5h；

（6）將步驟（5）得到的混合物過濾，用無水乙醇和去離子水分別洗滌3次后，在80℃下干燥24h，將得到的粉末在400℃下焙燒5h，得到介孔結(jié)構(gòu)的Ce_0.9Fe_0.1O₂固溶體催化劑。

催化活性測試：取90mg制得的Ce_0.9Fe_0.1O₂固溶體催化劑與10mg碳煙粉末，混合均勻；再加入300mg 20~40目的石英砂混合均勻，然后放在墊有石英棉的石英管中，置于固定床反應(yīng)器中，通入流速為200mL/min的10%O₂+Ar混合氣，用在線質(zhì)譜檢測尾氣；以10℃/min的速率升溫至碳煙完全燃燒，根據(jù)質(zhì)譜檢測的尾氣數(shù)據(jù)可得，在催化劑作用下碳煙轉(zhuǎn)化率為50%時的溫度為376℃。

實施例2

（1）按Ce與Fe的摩爾比=0.8:0.2，稱取0.032mol（13.89g） Ce(NO₃)₃·6H₂O和0.008mol（1.3g） FeCl₃，溶于100mL去離子水中，攪拌均勻配制成總金屬離子濃度為0.4mol/L的溶液；

（2）稱取2.72g H₂O₂，加入到上述混合溶液中，攪拌45min；

（3）按照（Ce(NO₃)₃·6H₂O+FeCl₃）與P123質(zhì)量比為8:1，稱取1.9g模板劑P123溶于10mL去離子水中，配制成0.19g/mL的溶液，滴加到步驟（2）得到的混合溶液中，持續(xù)攪拌4h；

（4）向步驟（3）得到的混合物中加入0.3mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為10，再持續(xù)攪拌8h；

（5）將步驟（4）得到的混合物在溫度為120℃的干燥箱中老化4h；

（6）將步驟（5）得到的混合物過濾，用無水乙醇和去離子水分別洗滌3次后，在100℃下干燥18h，將得到的粉末在500℃下焙燒4h，得到介孔結(jié)構(gòu)的Ce_0.8Fe_0.2O₂固溶體催化劑。

按實施例1催化活性測試方法對本實施例制得的Ce_0.8Fe_0.2O₂固溶體催化劑催化活性進行測試，測試結(jié)果，在催化劑作用下碳煙轉(zhuǎn)化率為50%時的溫度為348℃。

實施例3

（1）按Ce與Fe的摩爾比=0.7:0.3，稱取0.028mol（12.16g） Ce(NO₃)₃·6H₂O和0.012mol（4.8g） Fe₂(SO₄)₃，溶于80mL去離子水中，攪拌均勻配制成總金屬離子濃度為0.5mol/L的溶液；

（2）稱取2.86g H₂O₂，加入到上述混合溶液中，攪拌1h；

（3）按照（Ce(NO₃)₃·6H₂O+ Fe₂(SO₄)₃）與CTAB質(zhì)量比為5:1，稱取3.39g表面活性劑CTAB溶于8.5mL去離子水中，配制成0.4g/mL的溶液，滴加到步驟（2）得到的混合溶液中，持續(xù)攪拌6h；

（4）向步驟（3）得到的混合物中加入0.5mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為11，再持續(xù)攪拌10h；

（5）將步驟（4）得到的混合物在溫度為150℃的干燥箱中老化3h；

（6）將步驟（5）得到的混合物過濾，用無水乙醇和去離子水分別洗滌3次后，在120℃下干燥12h，將得到的粉末在600℃下焙燒3h，得到介孔結(jié)構(gòu)的Ce_0.7Fe_0.3O₂固溶體催化劑。

按實施例1催化活性測試方法對本實施例制得的Ce_0.7Fe_0.3O₂固溶體催化劑催化活性進行測試，測試結(jié)果，在催化劑作用下碳煙轉(zhuǎn)化率為50%時的溫度為311℃。