本發(fā)明涉及一種高比表面積耐高溫老化的鈰鋯固溶體的制備方法，屬于無機(jī)孔材料和催化劑制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前環(huán)保形勢嚴(yán)峻，為減少汽車尾氣污染、保護(hù)大氣環(huán)境質(zhì)量，必須從提高汽油品質(zhì)、改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒狀態(tài)和增加尾氣凈化催化效率三方面進(jìn)行突破。目前，使用汽車尾氣凈化催化劑是最有效途徑就是通過三元催化裝置來降低尾氣中hc、co和nox三種有毒氣體的含量，而鈰鋯基固溶體，作為儲(chǔ)氧材料，是三元催化轉(zhuǎn)化裝置中的重要組成部分，它在尾氣凈化過程中起到調(diào)節(jié)氣氛的作用，當(dāng)氣氛處于貧燃狀態(tài)時(shí)，鈰鋯基固溶體催化材料將吸收多余的氧氣，當(dāng)氣氛處于富燃狀態(tài)時(shí)，鈰鋯基固溶體催化材料放出氧氣，使三種氣體得到有效的轉(zhuǎn)化。由于鈰鋯基固溶體催化材料的儲(chǔ)氧性能、比表面積和耐高溫性能直接影響到催化劑的催化效果；因此具有大的比表面積、較大的孔體積及合適的孔徑分布，并具有良好的抗高溫老化性能、優(yōu)異的低溫催化性能的鈰鋯基儲(chǔ)氧材料成為新三效催化劑的關(guān)鍵材料。
目前制備鈰鋯固溶體的方法主要有共沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法、微乳液法、反相乳液法、高能球磨法等。其中，共沉淀法因工藝簡單、條件易于控制、產(chǎn)品均一性好、生產(chǎn)成本較低、便于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。共沉淀法包括用鈰鋯的鹽水溶液與堿水溶液反應(yīng)生成沉淀，以及經(jīng)過干燥、高溫焙燒步驟獲得產(chǎn)物材料。但是現(xiàn)有的共沉淀法工藝多樣，制備的鈰鋯固溶體性能在某些方面不能滿足汽車尾氣凈化催化劑的需求，如儲(chǔ)氧量與熱穩(wěn)定性、表面積或孔性質(zhì)無法同時(shí)完美匹配等。同時(shí)，現(xiàn)有共沉淀法都引入了無機(jī)堿，在焙燒時(shí)這些無機(jī)離子都會(huì)對比表面積和孔容產(chǎn)生負(fù)面影響，所以得到的鈰鋯固溶體的比表面積會(huì)嚴(yán)重下降，嚴(yán)重影響了催化劑的效率。
現(xiàn)有的鈰鋯固溶體的比表面積一般都在300m2/g以下，1100℃/3h老化后比表面積小于50m2/g，由此導(dǎo)致了催化劑的效果不夠優(yōu)秀，高溫?zé)岱€(wěn)定性差，使得尾氣凈化器的體積偏大。因此，亟需改進(jìn)具有高比表面積、更好耐高溫老化性能的鈰鋯固溶體的制備方法，從而提高催化效果，使尾氣凈化器更趨于小型化，更實(shí)用、更符合產(chǎn)業(yè)和環(huán)保的需要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種高比表面積耐高溫老化的鈰鋯固溶體的制備方法，利用該方法生產(chǎn)的鈰鋯固溶體具有很高的比表面積:>500m2/g、高溫?zé)岱€(wěn)定性:1100℃/3h老化后比表面積>75m2/g、適合的孔容、孔徑及粒度分布。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的方案是：一種高比表面積耐高溫老化的鈰鋯固溶體的制備方法，將醋酸鈰和醋酸氧鋯加到純水中，混合溶解，然后加入peg-4000，溶解；真空濃縮，冷卻后得到塊狀物料；在氮?dú)獗Ｗo(hù)下400℃分解有機(jī)物，使之炭化；最后用空氣氧化物料中的碳，得到鈰鋯固溶體粉末。
所述醋酸鈰和醋酸氧鋯的用量，以氧化鈰與氧化鋯的重量比計(jì)，為1:(0.3～3)；
所述peg-4000的用量為總氧化物量的30～150％。
具體包括如下步驟：
(1)料液的配制
根據(jù)醋酸鈰和醋酸氧鋯中的氧化物含量，配制出含總的氧化物濃度為50～150g/l的混合液，其中氧化鈰與氧化鋯的重量比為1：(0.3～3)；在溶液中加入peg-4000，加入量為總氧化物量的30～150％，高速攪拌混合、溶解。
(2)真空濃縮
將上述溶液于90～100℃真空下濃縮，冷卻得到塊狀濃縮物。
(3)分解脫碳
把濃縮物裝入坩堝，400℃溫度下，充氮?dú)獗?～6小時(shí)后，充入空氣保溫2～4小時(shí)，使碳完全氧化得到鈰鋯固溶體。
本發(fā)明方法與現(xiàn)有的用ce及zr的鹽類水溶液與堿性溶液進(jìn)行水解沉淀，制備ce-zr混合氫氧化物沉淀物，然后進(jìn)一步制備ce-zr氧化物的方法有本質(zhì)不同。本發(fā)明中醋酸鈰和醋酸氧鋯兩種物質(zhì)混合配成混合液，不需生成氫氧化物，而是直接濃縮后，在充氮?dú)鈼l件下分解有機(jī)物，最后充空氣焙燒制得鈰鋯固溶體。加入peg-4000可以有效增加比表面積，使之具有適合的孔容、孔徑及粒度分布。
本發(fā)明方法制備的鈰鋯固溶體，具有如下特性：
本發(fā)明具有如下有益效果：
(1)本發(fā)明制備工藝更簡單，易于工業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)。與現(xiàn)有制備方法相比，本發(fā)明工藝更簡單，易于規(guī)模生產(chǎn)。且選用的原料價(jià)格低，因此生產(chǎn)成本低。
(2)本發(fā)明鈰鋯固溶體比表面積大，>500m2/g，同等數(shù)量的載體材料可以獲得更大的催化表面，效率可大幅度提高。
(3)本發(fā)明鈰鋯固溶體高溫穩(wěn)定性極強(qiáng)，1100℃/3h老化后比表面積為>75m2/g。
(4)不引進(jìn)無機(jī)離子，不用加無機(jī)堿。因此，不存在雜質(zhì)離子的干擾，對于提高抗高溫、抗老化方面性能有顯著作用。
(5)用本發(fā)明生產(chǎn)的鈰鋯固溶體，不僅比表面積大，而且雜質(zhì)含量極低，如na、k、so4、cl-等雜質(zhì)都可以控制在5ppm以下。
具體實(shí)施方式
為進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明具體實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
實(shí)施例1.
醋酸鈰和醋酸氧鋯按氧化鈰與氧化鋯的重量比1:1.5比例(設(shè)計(jì)產(chǎn)品中ceo2為40％)加到純水中，混合溶解，配制出含總得氧化物濃度為70g/l的混合液。然后加入peg-4000，加入量為總氧化物量的50％，高速攪拌混合、溶解。真空濃縮，冷卻后得到塊狀物料。把濃縮物裝入坩堝，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下400℃分解2～4小時(shí)后，使之炭化；最后，充入空氣，充分氧化物料中的碳，得到鈰鋯固溶體粉末。該鈰鋯固溶體粉末比表面積為523m2/g，1100℃/3h老化后比表面積為76m2/g。
實(shí)施例2.
醋酸鈰和醋酸氧鋯按氧化鈰與氧化鋯的重量比1.5:1比例(設(shè)計(jì)產(chǎn)品中ceo2為60％)加到純水中，混合溶解，配制出含總得氧化物濃度為50g/l的混合液。然后加入peg-4000，加入量為總氧化物量的120％，高速攪拌混合、溶解。真空濃縮，冷卻后得到塊狀物料。把濃縮物裝入坩堝，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下400℃分解2～4小時(shí)后，使之炭化；最后，充入空氣，充分氧化物料中的碳，得到鈰鋯固溶體粉末。該鈰鋯固溶體粉末比表面積為679m2/g，1100℃/3h老化后比表面積為92m2/g。
實(shí)施例3.
醋酸鈰和醋酸氧鋯按氧化鈰與氧化鋯的重量比1:1比例加到純水中，混合溶解，配制出含總得氧化物濃度為60g/l的混合液。然后加入peg-4000，加入量為總氧化物量的80％，高速攪拌混合、溶解。真空濃縮，冷卻后得到塊狀物料。把濃縮物裝入坩堝，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下400℃分解2～4小時(shí)后，使之炭化；最后，充入空氣，充分氧化物料中的碳，得到鈰鋯固溶體粉末。該鈰鋯固溶體粉末比表面積為616m2/g，1100℃/3h老化后比表面積為83m2/g。