两段三效汽车尾气净化非贵金属催化剂

摘要

本发明涉及两段三效汽车尾气净化非贵金属催化剂，两段载体为陶瓷载体和金属载体，金属载体是不锈钢或镍-铬-铝合金，要经过表面预处理，预处理后其比面积在100m²/g，一段催化剂为稀土-过渡金属氧化物，其结构组成为Ln_1-xM_xBO₃或Ln_2-xM_xBO₄，Ln为稀土元素，M为碱土金属元素，B为过渡金属元素，x＝0-1，该催化剂为纳米催化剂，专司碳氢化合物、一氧化碳和碳颗粒的氧化，在100℃能将一氧化碳完全氧化为二氧化碳，在500℃以上能将碳氢化合物氧化为二氧化碳和水，能在400℃以上将碳颗粒氧化为二氧化碳，第二段催化剂为Ln_2-xCe_xCuO₄纳米纤维，Ln为稀土元素，x＝0-1，比表面积在105m²/g，该Ln_2-xCe_xCuO₄纳米纤维催化剂可以在300℃彻底分解NO为氮气和氧气，两段催化剂共同作用最后能将尾气中的碳氢化合物、一氧化碳颗粒、和氮氧化合物彻底转化为无害物质二氧化碳、水和氮气及氧气。

主权项

两段三效汽车尾气净化非贵金属催化剂，两段载体为陶瓷载体和金属载体，金属载体是不锈钢或镍‑铬‑铝合金，要经过表面预处理，预处理后其比面积在100m²/g，一段催化剂为稀土‑过渡金属氧化物，其结构组成为Ln_1‑xM_xBO₃或Ln_2‑xM_xBO₄，Ln为稀土元素，M为碱土金属元素，B为过渡金属元素，x＝0‑1，该催化剂为纳米催化剂，专司碳氢化合物、一氧化碳和碳颗粒的氧化，在100℃能将一氧化碳完全氧化为二氧化碳，在500℃以上能将碳氢化合物氧化为二氧化碳和水，能在400℃以上将碳颗粒氧化为二氧化碳，第二段催化剂为Ln_2‑xCe_xCuO₄纳米纤维，Ln为稀土元素，x＝0‑1，表面积在105m²/g，该Ln_2‑xCe_xCuO₄纳米纤维催化剂可以在300℃彻底分解NO为氮气和氧气，两段催化剂共同作用最后能将尾气中的碳氢化合物、一氧化碳颗粒、和氮氧化合物彻底转化为无害物质二氧化碳、水和氮气及氧气，其特征在于两段三效汽车尾气净化非贵金属催化剂的制备方法为：一、金属载体的表面预处理：(1)、不锈钢金属网或镍‑铬‑铝合金网在蒸馏水中于80～100℃中于超声状态下清洗30～60分钟；(2)、在乙醇中于室温下超声清洗30～100分钟；(3)、将经(1)和(2)处理后的不锈钢金属网或镍‑铬‑铝合金网置于石英管中，再将石英管置于马弗炉中，将蒸馏水盛于三角玻璃瓶中，加热至80～100℃，将三角玻璃瓶中的水蒸汽由氮气带入马弗炉中的石英管中与不锈钢金属网或镍‑铬‑铝合金网接触，氮气的流速在10～50ml/min之间，马弗炉被加热至200～500℃，水蒸气处理时间为1～5小时之间，获得的不锈钢金属或镍‑铬‑铝合金金属的比面积在100m²/g；二、Ln_1‑xM_xBO₃(Ln为稀土元素，M为碱土金属元素，B为过渡金属元素，x＝0‑1)或Ln_2‑xM_xBO₄(Ln为稀土元素，M为碱土金属元素，B为过渡金属元素，x＝0‑1)的制备和负载：将稀土元素镧、铈，碱土金属锶、钙，过渡金属锰、铁、钴、镍的硝酸盐原料按化学计量混合配成水溶液，水溶液浓度0.1～0.5N，加入柠檬酸，柠檬酸占水溶液重量比1％～5％之间，然后将陶瓷载体或金属载体浸泡于溶液中，60～80℃加热缓慢蒸发至于，在60～120℃烘干，再在600～800℃焙烧3～10小时，冷却至室温，取出载体，上面已担载了催化剂；三、碳纳米管的合成，碳纳米管由甲烷在600～800℃下在LaNiO₃催化剂上裂解制得：LaNiO₃催化剂的制备，将镧、镍的硝酸盐按化学比例混溶于去离子水中，水溶液浓度0.1～0.5N，加入柠檬酸，柠檬酸占水溶液重量比1％～5％之间，于60～80℃加热缓慢蒸发至干，在60～120℃烘干，再在600～800℃焙烧3～10小时制得；碳纳米管的制备，将LaNiO₃催化剂放入石英管中，将石英管置于马弗炉中，先通氮气，流速为10～60ml/min，然后切换成氢气，流速为10～30ml/min，升高温度至300～800℃，还原1～5小时，将氢气切换成甲烷，流速为10～30ml/min，保持温度在600～800℃，裂解甲烷3～10小时，甲烷裂解的产物包括碳纳米管和氢气，将甲烷再切换回氮气，降温至室温，此时石英管里是碳纳米管和催化剂的混合物，将LaNiO₃催化剂和碳纳米管从石英管中取出，用蒸馏水和稀硝酸反复清洗3～5次，获得纯化的碳纳米管，碳纳米管为多壁碳纳米管，管壁在5～50层石墨层，内径在5～30纳米；四、Ln_2‑xCe_xCuO₄纳米纤维的制备及在载体上的负载：先将镧、铜或铈的硝酸盐原料按化学计量配成水溶液，水溶液浓度0.1～0.5N，加入按步骤三方法自制的多壁碳纳米管，碳纳米管的总加入量，占水溶液总重量的1～5wt％，加入高分子表面活性剂聚环氧乙烷或聚丙烯酸，占水溶液总重量的1～10wt％，经超声波分散，将陶瓷载体或金属载体一起放入内衬有聚四氟乙烯的高压釜中，于60～80℃恒温处置10～40小时，冷却至室温，开盖取出载体，将载体反复用蒸馏水冲洗，然后置于烘箱中于80～120℃烘干，然后在马弗炉中于500～700℃焙烧3～5小时，取出至冷却；五、将担载有Ln_1‑xM_xBO₃或Ln_2‑xM_xBO₄的陶瓷载体或金属载体与担载有Ln_2‑xCe_xCuO₄纳米纤维催化剂的陶瓷载体或金属载体连接。