CN112138658A - 一种用于坦克尾气净化整体式催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于坦克尾气净化整体式催化剂的制备方法，催化剂包括载体、粘结涂层和活性物，载体为预处理后的蜂窝陶瓷过滤体，粘结涂层为铝溶胶涂层，活性物为负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物；催化剂的制备步骤如下：（1）制备载体、（2）制备铝溶胶、（3）制备活性物、（4）制备浆液、（5）制备整体式催化剂。通过本发明制备的整体式催化剂不仅具有良好的碳烟颗粒氧化去除能力，还能实现尾气中CO、HCs和NOx的有效净化。
Description
技术领域
本发明涉及坦克尾气净化催化剂技术，具体的说是一种用于坦克尾气净化整体式催化剂的制备方法。
背景技术
坦克是具有直射火力、越野能力和装甲防护力的履带式装甲战斗车辆，是现代陆上作战的主要武器之一，有“陆战之王”的美称。坦克通常采用大功率柴油机作为动力***，具备低转速扭矩大，扭矩范围宽，大冷热温差下能正常使用，持续高负荷运转时间长等特点。坦克尾气是一种由多种组分组成的混合物，主要包括烃类化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)以及碳烟颗粒物(soot)。其中，NOx会对人体的眼睛、呼吸***及中枢神经***等带来永久损害，并且NOx还是形成酸雨的主要原因；HC为燃油不完全燃烧产物，具有毒性、易燃易爆性和致癌作用等特性，并且HC在日照条件下极易与NOx发生光化学反应，是产生光化学烟雾二次污染的罪魁祸首；碳烟颗粒物直径通常为0.01～10微米，在大气中存留时间久、输运距离长，容易造成大范围的污染，此外，碳烟颗粒物还具有很强的致癌效果，其随呼吸进入人体肺部后极易聚集在肺泡等部位，进而导致呼吸***疾病、心脏疾病甚至导致癌症。
过去较长一段时间内，由于军事装备的特殊性，对于坦克尾气排放造成的环境污染和人体危害，一直没有引起足够的重视。在庆祝中国人民解放军建军90周年阅兵、庆祝中华人民共和国成立70周年阅兵等阅兵仪上，威武雄壮的坦克方阵行进过后，阅兵场上却弥漫着坦克尾气排放导致滚滚烟雾，无疑是有煞风景的存在。近年来，随着对作战官兵身体健康的考虑，对于坦克在日常训练、受阅、城市通行等非战时情况下的尾气排放净化问题日益引起重视。
在坦克尾气排气管路上安装尾气净化装置是一种有效而经济的后处理技术，它通常采用过滤器等手段将坦克尾气中碳烟颗粒物进行拦截捕集，使其聚集在净化装置中，但是当碳烟颗粒物积累到一定程度后，会导致尾气背压的增加，影响发动机正常排气，必须用燃烧等手段将其除去，以保住尾气正常的背压，从而实现净化装置再生。如果将催化剂涂覆在过滤器表面，通过催化作用既能将HC氧化成无毒害的CO2，又可以将NO氧化成NO2，并进一步利用NO2较强的氧化能力在低温实现捕集聚集的碳烟颗粒物氧化，就可以实现坦克尾气污染物的有效净化。因此，开发经济高效的坦克尾气净化催化剂有着重要意义的，目前未见有关文献报道。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种原料安全、制备步骤简单，经济性好，且净化效果好的坦克尾气净化整体式催化剂及制备方法。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明是一种用于坦克尾气净化整体式催化剂的制备方法，催化剂包括载体、粘结涂层和活性物，载体为预处理后的蜂窝陶瓷过滤体，粘结涂层为铝溶胶涂层，活性物为负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物；催化剂的制备步骤如下：
(1)制备载体：将蜂窝陶瓷过滤体置于质量分数为5％～15％的草酸溶液中，加热至85～95℃，预处理6～24h，然后烘干，获得预处理后的蜂窝陶瓷过滤体；
(2)制备铝溶胶；以拟薄水铝石为铝源，冰醋酸为解胶剂，将拟薄水铝石溶解于去离子水后，加入冰醋酸充分搅拌，获得铝溶胶；
(3)制备活性物：将氧化铝粉末与氧化铈粉末研磨混合，获得混合氧化物粉末；采用等体积浸渍法将适量硝酸铂Pt(NO3)4或氯铂酸H2PtCl6负载到上述混合氧化物粉末上，获得前驱体样品；将所得前驱体样品于120℃烘干1小时，再于500℃煅烧2小时，获得负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物；
(4)制备浆液：将步骤(3)制备的负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物加入到步骤(2)制备的铝溶胶中，搅拌混合均匀，加入去离子水，室温陈化，得到混合浆液；
(5)制备整体式催化剂：采用真空抽提法或浸渍法，将混合浆液涂覆在预处理后的蜂窝陶瓷过滤体表面，再将涂覆有混合浆液涂的蜂窝陶瓷过滤体于120℃烘干，在500℃煅烧2小时，重复上述涂覆、烘干、焙烧流程，直至涂覆量达到50g/L以上，获得整体式催化剂。
本发明的进一步改进在于：步骤(1)中的蜂窝陶瓷过滤体为壁流式结构，其中，堇青石或莫来石中的一种为蜂窝陶瓷过滤体的主要成分。
本发明的进一步改进在于：步骤(2)中所加去离子水质量为拟薄水铝石质量的10～20倍，所加冰醋酸质量为拟薄水铝石质量的1～1.5倍。
本发明的进一步改进在于：步骤(3)中氧化铝粉末与氧化铈粉末质量比为3:1～5:1，贵金属Pt负载量为混合氧化物总质量的0.5％～2％。
本发明的进一步改进在于：步骤(4)中负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶的质量比为5:1～20:1，所加去离子水质量为负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶总质量的5～20倍，陈化时间为6～12h。
本发明的有益效果是：通过本发明制备的整体式催化剂不仅具有良好的碳烟颗粒氧化去除能力，还能实现尾气中CO、HCs和NOx的有效净化。
附图说明
图1是本发明制备的坦克尾气净化整体式催化剂截面示意图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明是一种用于坦克尾气净化整体式催化剂的制备方法，催化剂包括载体1、粘结涂层2和活性物3，载体1为预处理后的蜂窝陶瓷过滤体，粘结涂层2为铝溶胶涂层，活性物3为负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物；催化剂的制备步骤如下：
(1)制备载体：将蜂窝陶瓷过滤体置于质量分数为5％～15％的草酸溶液中，加热至85～95℃，预处理6～24h，然后烘干，获得预处理后的蜂窝陶瓷过滤体；其中，蜂窝陶瓷过滤体为壁流式结构，其中，堇青石或莫来石中的一种为蜂窝陶瓷过滤体的主要成分：
(2)制备铝溶胶；以拟薄水铝石为铝源，冰醋酸为解胶剂，将拟薄水铝石溶解于去离子水后，加入冰醋酸充分搅拌，获得铝溶胶；其中，所加去离子水质量为拟薄水铝石质量的10～20倍，所加冰醋酸质量为拟薄水铝石质量的1～1.5倍；
(3)制备活性物：将氧化铝粉末与氧化铈粉末研磨混合，获得混合氧化物粉末；采用等体积浸渍法将适量硝酸铂Pt(NO3)4或氯铂酸H2PtCl6负载到上述混合氧化物粉末上，获得前驱体样品；将所得前驱体样品于120℃烘干1小时，再于500℃煅烧2小时，获得负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物；其中，氧化铝粉末与氧化铈粉末质量比为5:1～3:1，贵金属Pt负载量为混合氧化物总质量的0.5％～2％；
(4)制备浆液：将步骤(3)制备的负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物加入到步骤(2)制备的铝溶胶中，搅拌混合均匀，加入去离子水，室温陈化6h，得到混合浆液；其中，负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶的质量比为20:1～5:1，所加去离子水质量为负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶总质量的5～20倍，陈化时间为6～12h。
(5)制备整体式催化剂：采用真空抽提法或浸渍法，将混合浆液涂覆在预处理后的蜂窝陶瓷过滤体表面，再将涂覆有混合浆液涂的蜂窝陶瓷过滤体于120℃烘干，在500℃煅烧2小时，重复上述涂覆、烘干、焙烧流程，直至涂覆量达到50g/L以上，获得整体式催化剂。
实施例1
本发明是一种用于坦克尾气净化整体式催化剂的制备方法，催化剂包括载体、粘结涂层和活性物，载体为预处理后的蜂窝陶瓷过滤体，粘结涂层为铝溶胶涂层，活性物为负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物；催化剂的制备步骤如下：
(1)制备载体：蜂窝陶瓷过滤体为壁流式结构，堇青石为主要成分，将蜂窝陶瓷过滤体置于质量分数为5％的草酸溶液中，加热至85℃，预处理6h，然后烘干，获得预处理后的蜂窝陶瓷过滤体；
(2)制备铝溶胶：以拟薄水铝石为铝源，冰醋酸为解胶剂，将拟薄水铝石溶解于去离子水后，加入冰醋酸充分搅拌，获得铝溶胶；其中，所加去离子水质量为拟薄水铝石质量的10倍，所加冰醋酸质量为拟薄水铝石质量的1倍；
(3)制备活性物：将氧化铝粉末与氧化铈粉末研磨混合，获得混合氧化物粉末；采用等体积浸渍法将适量硝酸铂Pt(NO3)4或氯铂酸H2PtCl6负载到上述混合氧化物粉末上，获得前驱体样品；将所得前驱体样品于120℃烘干1小时，再于500℃煅烧2小时，获得负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物；其中，氧化铝粉末与氧化铈粉末质量比为5:1，贵金属Pt负载量为混合氧化物总质量的0.5％；
(4)制备浆液：将步骤(3)制备的负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物加入到步骤(2)制备的铝溶胶中，搅拌混合均匀，加入去离子水，所加去离子水质量为负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶总质量的10倍，室温陈化6h，得到混合浆液；其中，负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶的质量比为20:1；
(5)制备整体式催化剂：采用真空抽提法，将混合浆液涂覆在预处理后的蜂窝陶瓷过滤体表面，再将涂覆有混合浆液涂的蜂窝陶瓷过滤体于120℃烘干，在500℃煅烧2小时，重复上述涂覆、烘干、焙烧流程3次，涂覆量为52g/L，获得整体式催化剂。
实施例2
与实施例1区别在于：制备步骤(1)的蜂窝陶瓷过滤体的主要成分为莫来石；步骤(3)贵金属Pt负载量为混合氧化物总质量的0.75％；步骤(4)中负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶的质量比为15:1，所加去离子水质量为负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶总质量的5倍，室温陈化时间为6h；步骤(5)采用真空抽提法，将混合浆液涂覆在预处理后的蜂窝陶瓷过滤体表面，再将涂覆有混合浆液涂的蜂窝陶瓷过滤体于120℃烘干，在500℃煅烧2小时，重复上述涂覆、烘干、焙烧流程3次，涂覆量为53g/L。
实施例3
与实施例1区别在于：步骤(1)将蜂窝陶瓷过滤体置于质量分数为8％的草酸溶液中，加热至90℃，预处理12h；步骤(2)中所加去离子水质量为拟薄水铝石质量的12倍，所加冰醋酸质量为拟薄水铝石质量的1.2倍；步骤(3)中贵金属Pt负载量为混合氧化物总质量的1％；步骤(4)中负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶的质量比为12:1，所加去离子水质量为负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶总质量的8倍，室温陈化时间为8h；步骤(5)采用真空抽提法，重复涂覆、烘干、焙烧流程3次，涂覆量为55g/L。
实施例4
与实施例3的区别在于：步骤(1)的蜂窝陶瓷过滤体的主要成分为莫来石；步骤(3)中氧化铝粉末与氧化铈粉末质量比为4.5:1，贵金属Pt负载量为混合氧化物总质量的1.25％；步骤(4)中负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶的质量比为10:1，所加去离子水质量为负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶总质量的12倍，室温陈化时间为8h；步骤(5)重复涂覆、烘干、焙烧流程3次，涂覆量为58g/L。
实施例5
与实施例3的区别在于：步骤(1)将蜂窝陶瓷过滤体置于质量分数为10％的草酸溶液中，加热至90℃，预处理18h；步骤(2)中所加去离子水质量为拟薄水铝石质量的15倍，所加冰醋酸质量为拟薄水铝石质量的1.3倍；步骤(3)中氧化铝粉末与氧化铈粉末质量比为4:1，贵金属Pt负载量为混合氧化物总质量的1.5％；步骤(4)中负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶的质量比为8:1，所加去离子水质量为负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶总质量的15倍，室温陈化时间为10h；步骤(5)中粘结涂层的涂覆量为59g/L。
实施例6
与实施例5的区别在于：步骤(1)蜂窝陶瓷过滤体的主要成分为莫来石，步骤(2)中所加去离子水质量为拟薄水铝石质量的15倍，所加冰醋酸质量为拟薄水铝石质量的1.4倍；步骤(3)中氧化铝粉末与氧化铈粉末质量比为3.5:1，贵金属Pt负载量为混合氧化物总质量的1.75％；步骤(4)中负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶的质量比为7:1，所加去离子水质量为负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶总质量的18倍，室温陈化时间为10h.
实施例7
与实施例6相比，步骤(1)蜂窝陶瓷过滤体的主要成分为堇青石，将蜂窝陶瓷过滤体置于质量分数为15％的草酸溶液中，加热至95℃，预处理24h；步骤(2)中所加去离子水质量为拟薄水铝石质量的20倍，所加冰醋酸质量为拟薄水铝石质量的1.5倍；步骤(3)中氧化铝粉末与氧化铈粉末质量比为3:1，贵金属Pt负载量为混合氧化物总质量的2％；步骤(4)负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶的质量比为5:1，所加去离子水质量为负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶总质量的20倍，室温陈化时间为12h；步骤(5)中粘结涂层的涂覆量为64g/L。
模拟尾气净化测试
所制备整体式催化剂置于模拟碳烟再生发生器上进行碳烟上载，上载量为10g/L，在模拟坦克尾气条件下(在10％O2+1000ppmNO+800ppmC3H6，平衡气为N2，空速为100000h-1)进行尾气净化测试，结果如下：
实车排气烟度测试
将所制备整体式催化实施例7封装后，安装于某型坦克车辆顶部，根据《非道路移动柴油机排气烟度限值及测量方法》(GB36886-2018)要求，进行实车排气烟度测试，结果如下：
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于坦克尾气净化整体式催化剂的制备方法，其特征在于：催化剂包括载体、粘结涂层和活性物，所述载体为预处理后的蜂窝陶瓷过滤体，所述粘结涂层为铝溶胶涂层，所述活性物为负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物；所述催化剂的制备步骤如下：
（1）制备载体：将蜂窝陶瓷过滤体置于质量分数为5%~15%的草酸溶液中，加热至85~95℃，预处理6~24h，然后烘干，获得预处理后的蜂窝陶瓷过滤体；
（2）制备铝溶胶；以拟薄水铝石为铝源，冰醋酸为解胶剂，将拟薄水铝石溶解于去离子水后，加入冰醋酸充分搅拌，获得铝溶胶；
（3）制备活性物：将氧化铝粉末与氧化铈粉末研磨混合，获得混合氧化物粉末；采用等体积浸渍法将硝酸铂Pt(NO3)4或氯铂酸H2PtCl6负载到上述混合氧化物粉末上，获得前驱体样品；将所得前驱体样品于120℃烘干1小时，再于500℃煅烧2小时，获得负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物；
（4）制备浆液：将步骤（3）制备的负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物加入到步骤（2）制备的铝溶胶中，搅拌混合均匀，加入去离子水，室温陈化，得到混合浆液；
（5）制备整体式催化剂：采用真空抽提法或浸渍法，将混合浆液涂覆在预处理后的蜂窝陶瓷过滤体表面，再将涂覆有混合浆液涂的蜂窝陶瓷过滤体于120℃烘干，在500℃煅烧2小时，重复上述涂覆、烘干、焙烧流程，直至涂覆量达到50g/L以上，获得整体式催化剂。
2.根据权利要求1所述一种用于坦克尾气净化整体式催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中的所述蜂窝陶瓷过滤体为壁流式结构，其中，堇青石或莫来石中的一种为所述蜂窝陶瓷过滤体的主要成分。
3.根据权利要求1所述一种用于坦克尾气净化整体式催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所加去离子水质量为拟薄水铝石质量的10~20倍，所加冰醋酸质量为拟薄水铝石质量的1~1.5倍。
4.根据权利要求1所述一种用于坦克尾气净化整体式催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述氧化铝粉末与氧化铈粉末质量比为3:1~5:1，贵金属Pt负载量为混合氧化物总质量的0.5%~2%。
5.根据权利要求1所述一种用于坦克尾气净化整体式催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶的质量比为5:1~20:1，所加去离子水质量为负载贵金属Pt的铈铝混合氧化物与铝溶胶总质量的5~20倍，陈化时间为6~12h。
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