一種高活性汽車三元催化器配方及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高活性汽車三元催化器配方及其制備方法，屬于環(huán)保催化技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]三元催化器，是安裝在汽車排氣系統(tǒng)中最重要的機外凈化裝置，它可將汽車尾氣排出的CO、HC和NOx等有害氣體通過氧化和還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的二氧化碳、水和氮氣。當高溫的汽車尾氣通過凈化裝置時，三元催化器中的凈化劑將增強CO、HC和NOx三種氣體的活性，促使其進行一定的氧化-還原化學(xué)反應(yīng)，其中CO在高溫下氧化成為無色、無毒的二氧化碳氣體；HC化合物在高溫下氧化成水和二氧化碳；Ν0χ還原成氮氣和氧氣。三種有害氣體變成無害氣體，使汽車尾氣得以凈化。
[0003]凈化裝置的結(jié)構(gòu)包括載體(即多孔陶瓷)和負載在載體上的催化劑，載體的孔隙越多越均勻，則載體的有效吸附表面積越大，凈化能力越強。目前的載體的成孔劑一般為有機成孔劑，如天然纖維、高分子聚合物和有機酸等，有機成孔劑在遠低于載體燒結(jié)溫度下分解，分解后留下孔隙，這些孔隙，尤其是一些小孔，容易在后面的高溫?zé)Y(jié)成型時封閉，造成載體的孔隙率低，催化能力差。
[0004]另外，現(xiàn)在的催化劑中的吸附劑一般選用氧化鋁，氧化鋁可吸附小分子極性化合物，如C0、HC和NOx，吸附后再由催化劑將C0、HC和NOx轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的二氧化碳、水和氮氣；
但是氧化鋁存在吸附能力較弱，鋁粒子易擴散重排，易硫中毒等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，提供一種成孔率高、有效吸附表面積大、凈化能力強、吸附性能強、克服硫中毒問題的高活性汽車三元催化器配方；進一步地，本發(fā)明提供一種采用溶膠-凝膠法制備，同時采用小分子無機鹽成孔，成孔率高，成孔均勻，鋁溶膠固含量高、吸附性能強、克服硫中毒問題的高活性汽車三元催化器的制備方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種高活性汽車三元催化器配方，其特征在于:包括:80~90wt%的多孔陶瓷、5~10wt%的吸附劑和5~10wt%的催化劑；所述多孔陶瓷包括以下重量份的原料:鋁溶膠90~100份、微納米級a -Al2O3 40-60份、成孔劑20~30份、粘結(jié)劑0~5份、粘合劑2~5份和pH為3~4的酸溶液250~350份；所述成孔劑為無機鹽；所述粘合劑包括硫酸鈣；所述吸附劑包括磁性殼聚糖納米粒子；所述催化劑包括貴金屬氧化物和稀土氧化物。
[0007]所述粘結(jié)劑包括聚乙烯醇。
[0008]所述成孔劑包括硫酸鈉、硫酸鈣、氯化鈉、氯化鈣中的一種或幾種。
[0009]所述貴金屬氧化物包括Pt氧化物、Pd氧化物和Rh氧化物。
[0010]所述稀土氧化物包括鑭La、鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、钷Pm、釤Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb、鏑Dy、鈥Ho、鉺Er、鎊Tm、鐿Yb、镥Lu、鈧Sc和乾Y的氧化物中的一種或幾種。
[0011]—種高活性汽車三元催化器的制備方法，其特征在于:包括以下步驟:
SOI，鋁溶膠的制備:
S01-1，偏鋁酸鈉溶液的制備:將NaOH固體溶于超純水中配制成5%Na0H溶液，再將鋁粉加入至5%Na0H溶液中，鋁粉加入重量:5%Na0H溶液體積為4~5:100 ;攪拌溶解后過濾，得偏鋁酸鈉溶液；
SO1-2，勃姆石沉淀的制備:將NaHCO3固體溶于超純水匯總配制成4~4.5%的NaHCO 3溶液，所述NaHCO3溶液的體積至少為偏鋁酸鈉溶液體積的3倍量，將所述NaHCO 3溶液邊攪拌邊加入至所述偏鋁酸鈉溶液中，加入完成后，加熱并同時攪拌至少30min后，過濾，得勃姆石沉淀；
S01-3，清洗勃姆石沉淀:超純水清洗后，將勃姆石沉淀放入超純水中，加入陽離子吸附樹脂吸附至少1min后，超純水清洗，再將勃姆石沉淀放入超純水中，加入陰離子吸附樹脂吸附至少1min后，超純水清洗至清洗液中性，干燥，即可；
S01-4，加酸制備鋁溶膠:將干燥后的勃姆石沉淀加入到lmol/L的硝酸溶液中，加熱攪拌溶解得鋁溶膠，酸鋁比為0.08-0.20 ;
S02，高固含量鋁溶膠的制備:在S01-4的鋁溶膠中加入微納米級Ct-Al2O3，加熱溶解后得固含量達60~65%的鋁溶膠；
S03，在S02的高固含量鋁溶膠中加入成孔劑、粘結(jié)劑和粘合劑，加熱攪拌均勻后注入模具中澆鑄成型，然后放入真空干燥箱中真空脫氣并干燥，得初步成型陶瓷，真空干燥溫度為 50-70 0C ；
S04，脫粘和燒結(jié):將所述初步成型三元催化器在空氣中經(jīng)500~600°C脫粘至少I小時，再放入高溫爐中經(jīng)1000~1100°C燒結(jié)至少I小時，然后冷卻，得二次成型陶瓷；
S05，將所述二次成型陶瓷放入到pH為3~4的酸溶液中，加熱反應(yīng)至少3小時，然后取出，超純水清洗至中性，烘干，即得多孔陶瓷；
S06，將磁性殼聚糖納米粒子、貴金屬氧化物和稀土氧化物制成涂層楽液，再將所述多孔陶瓷在所述涂層漿液中浸漬3~10分鐘，干燥后在700~800°C下焙燒3~5小時，再在450~500°C條件下，用氫氣還原至少4小時，得到三元催化器。
[0012]S01-2 中加熱溫度為 80~85°C。
[0013]所述陽離子吸附樹脂和陰離子吸附樹脂的加入量均為至少勃姆石沉淀重量的
l/10o
[0014]所述酸鋁比為0.10-0.12。
[0015]S02中的加熱溫度為50~70°C。
[0016]所述酸溶液為硝酸溶液。
[0017]酸鋁比指的是酸溶液的物質(zhì)的量和勃姆石沉淀的物質(zhì)的量之比。
[0018]所述涂層楽液的制備方法為，取磁性殼聚糖納米粒子、貴金屬氧化物、稀土氧化物和水，在球磨機中研磨至少6小時，水的加入量為所述磁性殼聚糖納米粒子、貴金屬氧化物和稀土氧化物的總量的300~500倍。
[0019]所述磁性殼聚糖納米粒子的制備方法為:將0.3-0.5wt%的殼聚糖醋酸溶液加入三口燒瓶中，氮氣保護下，加入混合鐵鹽溶液，快速攪拌下緩慢滴加濃氨水至PH為5~6，50~60°C反應(yīng)5~15min后，升溫至65~70°C，滴加環(huán)氧氯丙烷，反應(yīng)并攪拌，反應(yīng)結(jié)束后用0.5%的醋酸溶液和超純水沖洗至中性，磁場分離得所述磁性殼聚糖納米粒子；所述殼聚糖醋酸溶液中的醋酸含量為0.1-0.2% ;所述混合鐵鹽溶液的加入量為所述殼聚糖醋酸溶液的體積的1/4~1/5 ;所述混合鐵鹽溶液中含0.2-0.3g/mL的FeCl3.6H20和0.05-0.lg/mL的FeCl2.4H20 ;所述環(huán)氧氯丙烷的加入量為所述混合鐵鹽溶液的體積的1/3~1/2。
[0020]本發(fā)明提供的一種高活性汽車三元催化器配方及其制備方法，用磁性殼聚糖納米粒子代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氧化鋁作為吸附劑，磁性殼聚糖納米粒子吸附汽車尾氣分子的能力更強，凈化能力是氧化鋁的5~10倍；同時磁性殼聚糖納米粒子的化學(xué)穩(wěn)定性強于氧化鋁，耐酸耐堿，在強酸強堿條件下仍然可以高效吸附汽車尾氣分子，吸附性能穩(wěn)定；由于殼聚糖上分散了磁性的鐵，鐵具有脫硫活性，避免三元催化器硫中毒；成孔劑為無機鹽的設(shè)置，無機鹽熔點高，在高溫?zé)Y(jié)時也不會熔解，燒結(jié)完成后用酸溶解無機鹽，得多孔陶瓷，用無機鹽制備的多孔陶瓷，孔隙分布均勻、比表面積大、催化活化位點多、凈化能力強；鋁溶膠-凝膠法結(jié)合無機鹽成孔劑的設(shè)置，進一步增大了多孔陶瓷的比表面積大，并且成孔劑在高固含量鋁溶膠中分散均勻，成孔時孔隙分布均勻，成孔率高達60% ;微納米級a -Al2O3的添加，使鋁溶膠固含量高且易流動；粘合劑為硫酸鈣的設(shè)置，使多孔陶瓷在制備的過程中形成酸性氧化鋁，適合在酸性條件下分解成孔劑，從而形成多孔陶瓷；陽離子吸附樹脂和陰離子吸附樹脂的設(shè)置，可吸附清洗勃姆石沉淀中的陽離子和陰離子，便于快速將勃姆石沉淀清洗至中性；另外，磁性殼聚糖納米粒子的設(shè)置，還具有保護催化劑不受硫中毒的作用，進一步增強了三元催化器的凈化能力