一种基于偏钒酸钠的非贵金属CDPF催化剂的制备方法与流程

一种基于偏钒酸钠的非贵金属cdpf催化剂的制备方法
技术领域
1.本发明涉及催化剂及其制备领域。具体的涉及一种基于偏钒酸钠的非贵金属cdpf催化剂的制备方法。


背景技术：

2.化石燃料的燃烧是造成空气污染的重要原因，其中，pm2.5对人体的危害最大。pm2.5会聚集有机污染物、有毒重金属和酸性氧化物等大量有害物质，深入人类器官和血液系统，导致呼吸系统疾病，危害人类健康。
3.机动车、飞机、船舶及非道路移动机械等移动排放源的燃油排放是pm2.5的重要来源之一。为了应对移动排放源对大气环境和人类健康的危害，全球各个国家都积极的制定排放法规限值限定移动源的排放。
4.近年来，随着各国排放法规限值不断收紧，颗粒排放控制技术不断发展。机内净化技术和尾气后处理技术是有效控制减少柴油机排放颗粒物的关键技术。特别的，dpf技术被广泛应用于柴油机颗粒物的捕集。但是dpf技术虽然被用于捕集颗粒物，但是其本身不具有氧化颗粒物的作用。即dpf载体不具有清除颗粒物的功能，随着dpf捕集的颗粒物增多，排气背压增高，发动机的性能将恶化，动力性和经济性变差。因此，对颗粒物的去除是dpf的关键所在。通过在dpf催化剂中加入活性组分，弱化碳烟颗粒的活化性能，降低碳烟的起燃温度（无活性组分时，起燃温度一般大于500℃），使其在较低的温度下可被氧化，该技术被称为cdpf技术。
5.目前，贵金属催化剂pt、pd及rh是cdpf催化剂中催化性能最好，应用最广的催化剂，特别是pt。pt催化剂先将尾气中no氧化no2，接着碳烟与no2反应生成co2和n2。在此过程中，no2充当气体催化剂实现了碳烟颗粒与催化剂在非直接接触的情况下的氧化和催化，有效改善催化氧化碳颗粒的效率。虽然贵金属催化剂pt是一种催化效果很好的催化剂，但是其价格昂贵，此外，贵金属的so2氧化活性好，容易生成硫酸盐，发生催化剂中毒现象。
6.非贵金属催化剂包含钙钛矿型催化剂、尖晶石型催化剂、过渡金属型催化剂和熔融盐型催化剂。其中含有碱金属的熔融盐型催化剂在pm的反应温度附近融化为液相，其与pm的接触面积大大增加，催化性能得到大幅度提升。
7.一方面，熔融盐型的催化剂通过变为液相充分发挥催化活性，另一方面其发生迁移和蒸发的可能性增大，因此已有的熔融盐型催化剂的耐久性较贵金属催化剂差。


技术实现要素：

8.本发明的目的是通过提供一种不包含贵金属的cdpf催化剂，以降低pm的起燃温度，同时确保催化器的高耐久性。
9.为实现上述目的，本发明提供一种基于偏钒酸钠的非贵金属cdpf催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤s1催化剂准备：首先通过氯化钠与五氧化二钒制成偏钒酸钠催化剂溶液，并
与担载成分制成混合溶液，接着对混合溶液依次进行干燥、焙烧和粉碎，制成粒径2~1000μm的催化剂微粒；步骤s2将步骤s1中粉碎后的催化剂微粒加入至去离子水中，搅拌，混合均匀，然后加入溶胶和增稠剂，混合搅拌制成浆料，最后，通过加入硫酸将浆料ph值调整至3~5之间；步骤s3浆料的涂覆与烧成：通过涂覆装置将催化剂浆料按照涂覆量为5~15g/l涂覆到堇青石载体上，涂覆完的催化剂在100~200℃的环境下进行3~7h的烘干干燥，最后，将涂覆完的催化剂放入马弗炉中在500~600℃的环境下焙烧1~5h，制成以偏钒酸钠为活性组分的cdpf催化剂整体。
10.进一步地，担载成分选自氧化铝、碳化硅和二氧化铈中的一种。
11.进一步地，浆料中组分的质量比为：氯化钠为3~4%、五氧化二钒为1.5~2.5%、溶胶为40~90%、增稠剂为40~90%。
12.进一步地，所述步骤s1中烘干温度为100~120℃，烘干时间为3~6小时，焙烧温度为400~600℃，焙烧时间为1~6h。
13.进一步地，堇青石载体为壁流式结构，载体目数200~600目。
14.本发明制备方法简单，且制备出的催化剂具有较大的比表面积、较好的燃烧性能和高耐久性。催化剂涂层通过以偏钒酸钠为催化活性组分，对o2进行活化，产生活性氧，进而与pm进行反应；所述催化活性组分通过担载成分被担载与分散在堇青石载体上制成整体催化剂，担载成分不仅增大催化活性成分与pm的接触面积，而且防止催化活性中心的团聚效果。
附图说明
15.图1是描绘本发明的催化剂制备流程的图表；图2是描绘本发明不同活性组分的催化剂稳定性与活性对比的图表；图3是描绘本发明的实施例与对比例所选的活性组分与担载成分的图表；图4是描绘本发明不同担载成分的偏钒酸钠催化剂的活性的图表。
16.生成焓是指：处于一定温度与压力下，由最稳定的单质生成1mol纯物质的热效应，也称生成热；t
max
是指最大氧化颗粒速率温度。生成焓越小，该催化活性组分的稳定性越高；t
max
越小，该催化活性组分的活化性能越好。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
18.实施例1如图1所示，一种基于偏钒酸钠的非贵金属cdpf催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤s1催化剂准备：首先通过氯化钠与五氧化二钒制成偏钒酸钠催化剂溶液，并与担载成分制成混合溶液，接着对混合溶液依次进行干燥、焙烧和粉碎，制成粒径2~1000μm的催化剂微粒；步骤s2将步骤s1中粉碎后的催化剂微粒加入至去离子水中，搅拌，混合均匀，然后加入溶胶和增稠剂，混合搅拌制成浆料，最后，通过加入硫酸将浆料ph值调整至3~5之间；
步骤s3浆料的涂覆与烧成：通过涂覆装置将催化剂浆料按照涂覆量为5~15g/l涂覆到堇青石载体上，涂覆完的催化剂在100~200℃的环境下进行3~7h的烘干干燥，最后，将涂覆完的催化剂放入马弗炉中在500~600℃的环境下焙烧1~5h，制成以偏钒酸钠为活性组分的cdpf催化剂整体。
19.如图3所示，具体的对比例为对比例1：本对比例催化剂活性组分与实施例1不同，通过硫酸铯与硫酸钒制成十一氧钒酸二铯（cs2v4o
11
）催化剂溶液，经过与实施例1相同的制备工艺，制成cdpf催化剂整体。
20.本对比例的担载成分选用碳化硅，所述浆料中组分的质量比为：硫酸铯为3~4%、硫酸钒为1.5~2.5%，溶胶为40~90%、增稠剂为40~90%。
21.本对比例所述的cdpf催化剂堇青石整体上的涂层担载量与实施例1相同。
22.对比例2：本对比例催化剂活性组分与实施例1和对比例1、2都不同，通过氯化铷与五氧化二钒制成偏钒酸铷催化剂溶液，经过与实施例1相同的制备工艺，制成cdpf催化剂整体。
23.本对比例所述的担载成分选用碳化硅，所述浆料中组分的质量比为：氯化铷为3~4%、五氧化二钒为1.5~2.5%，溶胶为40~90%、增稠剂为40~90%。。
24.本对比例所述的cdpf催化剂堇青石整体上的涂层担载量与实施例1相同。
25.对比例3：本对比例催化活性组分、催化剂制备工艺、担载量和组分质量比与实施例1相同。
26.进一步的，所述的担载成分选用氧化铝。
27.对比例4本对比例催化活性组分、催化剂制备工艺、担载量和组分质量比与实施例1相同。
28.担载成分选用二氧化铈。
29.图2所示，本发明提供的用于降低柴油机pm排放催化剂的实施例1、对比例2和3中， 活性组分为偏钒酸钠的催化剂生成焓为
‑
1253kj/mol，t
max
为476℃，活性组分为十一氧钒酸二铯（cs2v4o
11
）的生成焓为
‑
1018kj/mol，t
max
为487℃，活性组分为十一氧钒酸二铯（cs2v4o
11
）的生成焓为
‑
1265kj/mol，t
max
为500℃。也就是说，实施例1为最优选催化剂活性组分，其稳定性最好，耐久性强，催化活性最高。
30.图4所示为不同担载成分的偏钒酸钠催化剂的活性对比，本发明实施例1担载成分为碳化硅，其t
max
为476℃；对比例4的担载成分为氧化铝，其t
max
大于600℃；对比例5的担载成分为二氧化铈，其t
max
为522℃。也就是说，担载成分为碳化硅的偏钒酸钠的催化活性高于其他两种担载成分。