CN104190413B - 基于scr的no氧化催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于SCR的NO氧化催化剂及其制备方法，催化剂以堇青石蜂窝陶瓷为催化剂载体，先在催化剂载体的表面涂覆含贵金属Pt的涂层浆液，经过烘干、焙烧后，然后在催化剂的一端采用浸渍法固定有一定量的贵金属Pd溶液，浸渍的贵金属Pd溶液量为所述催化剂总吸水量的1/3，涂层浆液采用分子筛为HC吸附材料，SiO2为分散剂，乙酸锆为热稳定助剂，贵金属Pt为活性组分，加入铝胶粘结剂制成。本发明工艺步骤简单，制备出的催化剂在进气的方向浸渍有贵金属Pt或者Pd，改进后的催化剂可以提高NO在低温下的氧化率，使NO氧化为NO2在40%‑70%之间温度窗口较更宽，催化剂的稳定性更好。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于SCR的NO氧化催化剂及其制备方法，属于柴油车氧化性催化剂的制备技术领域。
背景技术
汽车尾气污染已成为大气污染的主要来源之一。城市中大部分的NOX、CO、HC和PM都是由汽车尾气产生的。NOX、CO、HC、PM不但对人体造成损伤而且在一定的条件下产生蓝色的光化学烟雾，使植被死亡，人类生存的环境遭到破坏。现排放法规定，北京、上海将会实施柴油车国五排放标准，柴油车国四排放标准的全国实施日期将近，因此，对柴油车氧化性催化剂的催化转化效率也提出了更高的要求。
柴油车氧化性催化剂(DOC)用于氧化柴油车的尾气中CO、NO、HC及PM中的可溶有机成分(SOF)，其涂层主要由氧化物涂层和活性贵金属组分组成，贵金属是氧化性催化剂的关键组分，对于柴油车DOC而言，就是利用DOC能降低柴油机尾气中的HC、CO和SOF等的化学反应的活化能，使这些物质能与尾气中的氧气在较低的温度下进行氧化反应，转化为CO2和H2O；氧化催化剂通常以蜂窝陶瓷或者蜂窝金属为载体，其上负载氧化物涂层和活性金属组分，常用的贵金属组分为Pt、Pd等，目前柴油车尾气后处理广泛使用的贵金属为Pt，Pt的主要是用于氧化CO、HC。
随着排放标准逐渐严格，仅仅使用DOC已无法达到排放要求，DOC与DPF连用消除PM或者与SCR连用消除NOx逐渐成为了研究热点。DOC与DPF连用时，要求NO生成NO2的转化率高，这样有利于DPF的再生；DOC与SCR连用时，要求NO生成NO2的转化率在40％～70％之间，且窗口温度越宽越好，这样有利于加快SCR的反应速率，降低NOx排放。
目前现有柴油车氧化性催化剂在NO氧化方面存在诸多问题，基于SCR方面的柴油车氧化性催化剂的NO氧化温度窗口较窄，当贵金属加入量提高时NO转化率较高；经过老化后，催化剂性能下降明显。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中柴油车氧化性催化剂对NO氧化在40％～70％之间的温度窗口较窄的问题，提供了制备方法简单、NO转化率较宽的一种基于SCR的NO氧化催化剂及其制备方法。
本发明采用如下技术方案：一种基于SCR的NO氧化催化剂，催化剂以堇青石蜂窝陶瓷为催化剂载体，催化剂载体的表面涂覆含贵金属Pt的涂层浆液，催化剂的一端采用浸渍法固定有一定量的贵金属Pd溶液，所述固定的贵金属Pd溶液量为所述催化剂总吸水量的1/3，所述涂层浆液采用分子筛为HC吸附材料，SiO2为分散剂，乙酸锆为热稳定助剂，贵金属Pt为活性组分，加入铝胶粘结剂制成。
一种基于SCR的NO氧化催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)浆液配制：按一定比例将SiO2、分子筛、乙酸锆、铝胶粘结剂加入到去离子水中，重量比为0.4～0.72：0.25～0.45：0.02～0.1：0.01～0.05，充分搅拌均匀，加入硝酸调节浆液pH小于4.0；
(2)浆液球磨：浆液经过行星式球磨机研磨，行星式球磨机的转速为250～380转/分，运行时间为3～6h，浆液颗粒度至D90为2～20um；
(3)固含量的测定：取10g浆液于干锅中，将干锅置于550～600℃马弗炉中焙烧10-20min，冷却至室温，称量其粉体质量，用该质量除以10g，便得浆液固含量；
(4)贵金属Pt溶液的加入：将贵金属Pt溶液加入到球磨后浆液中，搅拌2～8h，至活性组分贵金属Pt溶液完全分散在浆液中，所加贵金属Pt的量为15～30g/ft3；
(5)涂层涂覆：将载体堇青石蜂窝陶瓷浸入浆液中，取出浸满浆液的载体堇青石蜂窝陶瓷，用***吹去多余浆液，按涂覆量为100～180g/L和固含量控制湿增重，计算实际涂覆量；
(6)烘干：涂覆完的催化剂经过100～180℃快速烘干，烘干时间为3～6h将涂层中的水蒸发掉；
(7)焙烧：将烘干后催化剂放入马弗炉中，450～550℃焙烧1～2h，保温结束后冷却至室温，称量催化剂重量；
(8)定量浸渍贵金属Pd溶液：催化剂的一端浸渍贵金属Pd溶液，浸渍贵金属Pd的量为5～10g/ft3，浸渍贵金属区域端作为进气方向，催化剂经过100～180℃烘干3～6h，于450～550℃条件下焙烧1～2h制成。
进一步的，所述步骤(4)完成后取带有贵金属的浆液20g进行离心，进行固液相分离，取固相部分用ICP进行贵金属Pt含量的测定。
进一步的，所述步骤(4)和(9)中的贵金属铂和钯的质量比例为3：1。
本发明工艺步骤简单，制备出的催化剂在进气的方向浸渍有贵金属Pd，改进后的催化剂可以提高NO在低温下的氧化率，使NO氧化为NO2在40％～70％之间温度窗口较更宽，催化剂的稳定性更好。
具体实施方式
下面将根据具体实施例对本发明作进一步说明。以下三个实例均采用直径为80mm，高为60mm的圆柱形堇青石蜂窝陶瓷载体，体积为0.301L，载体重量为97g，贵金属Pt的浓度为0.138g(贵金属)/g(液体)，贵金属Pd的浓度为0.1511g(贵金属)/g(液体)。
实施例一：一种基于SCR的NO氧化催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)浆液配制：按一定比例将SiO2、分子筛、乙酸锆、粘结剂加入到去离子水中，重量比例为0.72：0.25：0.02：0.01，充分搅拌均匀，测pH为3.24；
(2)浆液球磨：浆液经过行星式球磨机研磨，转速为250转/分，运行时间为6h，浆液颗粒度至D90为3.22um；
(3)固含量的测定：取10g浆液于干锅中，将干锅置于600℃马弗炉中焙烧10min，冷却至室温，称量其粉体质量为3.95g，用该质量除以10g，便得浆液固含量为39.5％；
(4)贵金属Pt溶液的加入：取球磨后的浆液1000g，贵金属Pt加入量为15g/ft3，涂覆量为100g/L，经计算得到贵金属Pt的量为2.092g，称取贵金属Pt溶液的量为15.157g，将贵金属Pt溶液加入到球磨后的浆液中，搅拌2h，至活性组分贵金属铂完全分散在浆液中；
(5)取20g浆液置于试管中，放入离心机中离心，进行固液相分离，采用ICP测定固相中贵金属Pt的含量，结果为0.0052g(贵金属)/g(粉体)；
(6)涂层涂覆：将载体堇青石蜂窝陶瓷浸入浆液中，取出浸满浆液的载体堇青石蜂窝陶瓷，用***吹去多余浆液，按150g/L的涂覆量要求和测得的固含量控制目标湿增重，计算催化剂实际涂覆量为77.4g；
(7)烘干：涂覆完的催化剂经过100℃烘干6h，将涂层中的水蒸发掉；
(8)焙烧：将烘干后催化剂放入马弗炉中，450℃焙烧2h，保温结束后冷却至室温，称量催化剂重量为127.5g；
(9)贵金属Pd溶液定量浸渍：催化剂在一端浸渍固定贵金属Pd溶液，贵金属Pd加入量为5g/ft3，经计算得到贵金属Pd的量为0.053g,称取贵金属Pd溶液0.3509g,加水至浸渍量目标值为42.5g，浸渍Pd贵金属区域端作为进气方向，催化剂经过100℃烘干6h，于450℃条件下焙烧2h制备而成；
实施例二：一种基于SCR的NO氧化催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)浆液配制：按一定比例将SiO2、分子筛、乙酸锆、铝胶粘结剂加入到去离子水中，其重量比为0.58：0.35：0.04：0.03，充分搅拌均匀，测pH为3.29；
(2)浆液球磨：浆液经过行星式球磨机研磨，转速为320转/分，运行时间为4h，浆液颗粒度至D90为3.16um；
(3)固含量的测定：取10g浆液于干锅中，将干锅置于600℃马弗炉中焙烧10min，冷却至室温，称量其粉体质量为3.89g，用该质量除以10g，便得浆液固含量38.9％；
(4)贵金属溶液Pt的加入：取球磨后浆液1000g，贵金属Pt加入量为20g/ft3，涂覆量为140g/L,经计算得到贵金属Pt的量为1.9625g，称取贵金属Pt溶液的量为14.24g,贵金属Pt溶液加入到球磨后的浆液中，搅拌2h，至活性组分贵金属Pt完全分散在浆液中；
(5)取20g浆液置于试管中，放入离心机中离心，进行固液相分离，采用ICP测定固相中贵金属Pt的含量，结果为0.0050g(贵金属)/g(粉体)；
(6)涂层涂覆：将载体堇青石蜂窝陶瓷浸入浆液中，取出浸满浆液的载体堇青石蜂窝陶瓷，用***吹去多余浆液，按140g/L的涂覆量要求和测得的固含量控制目标湿增重108.3g，实际涂覆量为110.3g；
(7)烘干：涂覆完的催化剂经过150℃烘干4h，将涂层中的水蒸发掉；
(8)焙烧：将烘干后催化剂放入马弗炉中，500℃焙烧1.5h，保温结束后冷却至室温，称量催化剂重量为139.1g；
(9)贵金属Pd溶液定量浸渍：催化剂在一端浸渍贵金属Pd溶液，贵金属Pd加入量为6.7g/ft3，经计算得到贵金属Pd的量为0.071g，称取贵金属Pd溶液0.4698g,加水至浸渍量目标值为46.3g，该贵金属Pd溶液的浸渍量为催化剂总吸水率的1/3，浸渍贵金属Pd溶液区域端作为进气方向，催化剂经过150℃烘干4h，于500℃条件下焙烧1.5h制备而成；
实施例三：一种基于SCR的NO氧化催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)浆液配制：按一定比例将SiO2、分子筛、乙酸锆、铝胶粘结剂加入到去离子水中，其重量比为0.4：0.45：0.1：0.05，充分搅拌均匀，测pH为3.45；
(2)浆液球磨：浆液经过行星式球磨机研磨，转速为380转/分，运行时间为3h，浆液颗粒度至D90为3.08um；
(3)固含量的测定：取10g浆液于干锅中，将干锅置于580℃马弗炉中焙烧20min，冷却至室温，称量其粉体质量为3.97g，用该质量除以10g，便得浆液固含量39.7％；
(4)贵金属Pt溶液的加入：取球磨后浆液1000g，贵金属Pt加入量为30g/ft3计算，涂覆量为180g/L,经计算得到贵金属Pt的量为2.337g，称取贵金属Pt溶液的量为16.937g，贵金属Pt溶液加入到球磨后的浆液中，搅拌8h，至活性组分贵金属Pt完全分散在浆液中；
(5)取20g浆液置于试管中，放入离心机中离心，进行固液相分离，采用ICP测定固相中贵金属Pt的含量，结果为0.0057g(贵金属)/g(粉体)；
(6)涂层涂覆：将载体堇青石蜂窝陶瓷浸入浆液中，取出浸满浆液的载体堇青石蜂窝陶瓷，用***吹去多余浆液，按180g/L的涂覆量要求和测得的固含量控制目标湿增重为136.5g，实际涂覆137.8g；
(7)烘干：涂覆完的催化剂经过180℃烘干3h，将涂层中的水蒸发掉；
(8)焙烧：将烘干后催化剂放入马弗炉中550℃焙烧1h，保温结束后冷却至室温，称量催化剂重量为151.7g；
(9)贵金属Pd溶液定量浸渍：催化剂在一端浸渍贵金属Pd溶液，贵金属Pd加入量为10g/ft3，经计算得到贵金属Pd的量为0.106g，称取贵金属Pd溶液0.703g，加水至浸渍量目标值为50.5g，浸渍贵金属Pd溶液的区域端作为进气方向，催化剂经过180℃烘干3h，于550℃条件下焙烧1h制备而成。
对实施例二制备的催化剂进行活性评价。
一、新鲜态催化剂活性评价考察：
测试在高温炉中进行。
测试方法：将含有NO、CO2、H2O、C3H8、CO的混合气通入高温反应炉中，其中NO：300ppm，CO：500ppm，C3H8：300ppm，H2O：6％，CO2：6％；升温速率为每min升温10℃，最终升至500℃。
测试结果见表1
表1 新鲜态催化剂活性评价结果
由表1数据对比发现，NO转化为NO2在40％-70％的温度窗口为170℃-425℃。
二、热老化后催化剂活性评价考察：
前处理：首先将催化剂置于马弗炉中老化，老化温度为750℃，老化时间为20h，然后再对分别汽车尾气中的NOX、CO和HC的转化率进行考察，
测试是在高温反应炉中进行。
测试方法：将含有NO、CO2、H2O、C3H8、CO的混合气通入高温反应炉中，其中NO：300ppm，CO：500ppm，C3H8：300ppm，H2O：6％，CO2：6％；升温速率为每min升温10℃，最终升至500℃。
测试结果见表2。
表2 热老化后催化剂活性评价结果
由表2数据可知，NO转化为NO2在40％～70％的温度窗口为202℃～407℃，低温窗口较新鲜态提高近32℃，为202℃，在200℃左右可以达到40％以上，达到要求，高温窗口在400℃仍然保持40％以上。
三、硫老化后催化剂活性评价考察：
前处理：将制备的催化剂置于马弗炉中，通入SO2，100ppm，加热温度350℃，时间10h，然后再分别对汽车尾气中的NOX、CO和HC的转化率进行考察。
测试是在高温反应炉中进行。
测试方法：将含有NO、CO2、H2O、C3H8、CO的混合气通入高温反应炉中，其中NO：300ppm，CO：500ppm，C3H8：300ppm，H2O：6％，CO2：6％；升温速率为每min升温10℃，最终升至500℃。
测试结果见表3。
表3 硫老化催化剂活性评价结果
由表3结果可知，NO转化为NO2在40％-70％的温度窗口为206～396℃，低温窗口较新鲜态提高近36℃，为206℃，高温窗口在396℃NO氧化达到40％以上。
Claims (4)
1.一种基于SCR的NO氧化催化剂，其特征在于：催化剂以堇青石蜂窝陶瓷为催化剂载体，催化剂载体的表面涂覆含贵金属Pt的涂层浆液，催化剂的一端采用浸渍法固定有一定量的贵金属Pd溶液，所述固定的贵金属Pd溶液量为所述催化剂总吸水量的1/3，所述涂层浆液采用分子筛为HC吸附材料，SiO2为分散剂，乙酸锆为热稳定助剂，贵金属Pt为活性组分，加入铝胶粘结剂制成。
2.权利要求1所述基于SCR的NO氧化催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）浆液配制：按比例将SiO2、分子筛、乙酸锆、铝胶粘结剂加入到去离子水中，重量比为0.4~0.72：0.25~0.45：0.02~0.1：0.01~0.05，充分搅拌均匀，加入硝酸调节浆液pH小于4.0；
（2）浆液球磨：浆液经过行星式球磨机研磨，行星式球磨机的转速为250~380转/分，运行时间为3~6h，浆液颗粒度至D90为2~20um；
（3）固含量的测定：取10g浆液于干锅中，将干锅置于550~600℃马弗炉中焙烧10-20min，冷却至室温，称量其粉体质量，用该质量除以10g，便得浆液固含量；
（4）贵金属Pt溶液的加入：将贵金属Pt溶液加入到球磨后浆液中，搅拌2~8h，至活性组分贵金属Pt溶液完全分散在浆液中，所加贵金属Pt的量为15~30g/ft3；
（5）涂层涂覆：将载体堇青石蜂窝陶瓷浸入浆液中，取出浸满浆液的载体堇青石蜂窝陶瓷，用***吹去多余浆液，按涂覆量为100~180g/L和固含量控制湿增重，计算实际涂覆量；
（6）烘干：涂覆完的催化剂经过100~180℃快速烘干，烘干时间为3~6h将涂层中的水蒸发掉；
（7）焙烧：将烘干后催化剂放入马弗炉中，450~550℃焙烧1~2h，保温结束后冷却至室温，称量催化剂重量；
（8）定量浸渍贵金属Pd溶液：催化剂的一端浸渍贵金属Pd溶液，浸渍贵金属Pd的量为5~10g/ft3，浸渍贵金属Pd区域端作为进气方向，催化剂经过100~180℃烘干3~6h，于450~550℃条件下焙烧1~2h制成。
3.如权利要求2所述基于SCR的NO氧化催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）完成后取带有贵金属Pt的浆液20g进行离心，进行固液相分离，取固相部分用ICP进行贵金属Pt含量的测定。
4.如权利要求2所述基于SCR的NO氧化催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）和（8）中的贵金属Pt和Pd的质量比例为3：1。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |