一種汽車尾氣淨化催化劑及其製備方法和運用與流程

2023-09-22 01:30:50

本發明涉及一種催化劑，尤其是一種汽車尾氣淨化催化劑及其製備方法和運用。
背景技術：
：改革開放以來，我國經濟飛速發展，但是環境汙染問題日益嚴峻。城市和農村都產生了諸多汙染問題。首先，城市汙泥的汙染問題。城市汙水處理廠在淨化水質的同時，也產生了城市汙泥。不管是常規的厭氧好氧法，還是新興的膜生物處理MBR法，產生城市汙泥都是不可避免的問題。大量的城市汙泥進行無害化掩埋，不僅佔用了大量珍貴的土地，而且只是將城市汙泥進行轉移，並未從根本上解決問題。而城市汙泥的資源化利用進程緩慢，主要是因為其含有銅、鋅、鎘、汞等有害重金屬元素，用於農業生產、建築材料都將產生二次汙染。因此，城市汙泥的處理成為老大難問題。其次，農村秸稈焚燒的汙染問題。每當秋收季節，農作大量燕麥、小麥、稻草和棉花等的秸稈被焚燒，造成大範圍的嚴重霧霾天氣。秸稈焚燒不但產生PM2.5、PM10，還產生一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、多環芳烴、二噁英等汙染物，這些煙霧隨風擴散，對環境、人及其它動物產生嚴重的危害。在明火或悶燒等不同條件下，焚燒1公斤秸稈產生的汙染物可以從幾克到幾十克不等。全國一年秸稈產出約為7億噸～9億噸，其中近1/3被焚燒掉，其造成的汙染不可估量。最後，汽車尾氣的汙染問題。截至2015年底，全國機動車保有量達2.79億輛，大量的汽車必然產生大量的汽車尾氣，汽車尾氣包含碳氫化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化硫、含鉛化合物、苯並芘及固體顆粒物等，能引起光化學煙霧等。汽車尾氣嚴重危害城市環境，引發各類人群的呼吸系統疾病，造成地表空氣臭氧含量過高，加重城市熱島效應，使城市環境轉向惡化。目前，通常採用安裝汽車尾氣催化劑進行汽車尾氣的機外處理，使用最多的一般是金屬或者蜂窩陶瓷為載體，負載大比表面的氧化鋁塗層，最後擔載貴金屬Pd、Rh組成催化劑。如中國專利CN101376103B公開了一種汽車尾氣淨化催化劑載體的預處理方法及汽車尾氣淨化催化劑，採用堇青石蜂窩陶瓷作為載體，將其經過焙燒處理後冷卻至室溫，再放入溫度為50～100℃的加入有非離子表面活性劑的助劑金屬硝酸鹽溶液中浸漬，之後乾燥，然後鍍上氧化鋁塗層，再在氧化鋁塗層外鍍上活性貴金屬Pd、Rh塗層，其製作流程長，工序複雜。城市汙泥、秸稈焚燒和汽車尾氣的汙染問題已經被廣泛深入地研究，每個領域都取得了豐碩的成果。但是各領域研究人員都是局限於各自的研究領域，致力於解決單一的汙染問題，並未統籌考慮，沒有提出更加合理的一攬子方案。技術實現要素：本發明所要解決的問題是克服現有技術存在的不足，提供一種汽車尾氣淨化催化劑及其製備方法和運用。本發明所述的汽車尾氣淨化催化劑，由城市汙泥進行脫水處理後與黏土、造孔劑、貴金屬源混合燒結而成，其中汙泥、黏土為汙泥基多孔陶瓷骨架的主要來源，汙泥中含有的銅、鋅、鎘、汞等重金屬元素，有助於貴金屬與陶瓷骨架的結合，同時也有助催化作用；造孔劑為農作物廢棄物經粉碎後所得的粉料，其主要含有的C、H元素在煅燒過程中產生CO、CO2、H2O(g)等氣體，形成多孔結構，同時也充當還原劑的作用。本發明所述的汽車尾氣淨化催化劑，其使用的貴金屬為Pt、Pd、Rh、Au、Ag、Ru中的一種或幾種混合，貴金屬混合使用的效果優於單獨某一種金屬，這是因為一些貴金屬之間存在協同作用，如Pt和Rh。具體方案如下：一種汽車尾氣淨化催化劑，所述的汽車尾氣淨化催化劑的骨架為汙泥基多孔陶瓷，孔隙表面負載有貴金屬，所述的汙泥基多孔陶瓷與貴金屬的質量比為1:0.001-1:0.01，所述的汙泥基多孔陶瓷是由城市汙泥經過煅燒得到，所述的貴金屬為Pt、Pd、Rh、Au、Ag、Ru中的一種或幾種混合。進一步的，所述的城市汙泥為城市汙水廠進行汙水處理後產生的剩餘汙泥。進一步的，所述的汽車尾氣淨化催化劑的孔隙率為40％-50％。一種汽車尾氣淨化催化劑的製備方法，包括以下步驟：(1)將城市汙泥進行脫水處理後與黏土、造孔劑、貴金屬源混合，攪拌均勻，得到混合料；(2)將步驟(1)中所得的混合料定型後乾燥，之後進行煅燒，冷卻得到固體，即為汽車尾氣淨化催化劑。進一步的，所述的步驟(1)中的城市汙泥為城市汙水廠進行汙水處理後產生的剩餘汙泥。進一步的，所述的步驟(1)中的造孔劑為農作物廢棄物經粉碎後所得的粉料；任選的，所述的步驟(1)中的造孔劑為粉碎後的燕麥秸稈、麥稈、稻草中的至少一種。進一步的，所述的步驟(1)中的貴金屬源為Pt、Pd、Rh、Au、Ag、Ru的硝酸鹽、氯化物以及有機絡合物。進一步的，所述的步驟(1)中的城市汙泥進行脫水處理後與黏土、造孔劑、貴金屬源混合的質量比為，脫水後的城市汙泥：黏土：造孔劑：貴金屬源＝1:(1-4)：(0.8-2.5):(0.003-0.06)。進一步的，所述的步驟(2)中的煅燒溫度為800-1100℃。一種汽車尾氣淨化催化劑的用途，用於催化汽車尾氣的淨化反應過程。有益效果：本發明的汽車尾氣淨化催化劑採用城市汙泥、農作物廢棄物作為原料製備，變廢為寶，以廢治廢，以全新的循環經濟理念統籌治理各類汙染，其孔隙率高，貴金屬分散度高，催化劑可與反應氣體充分接觸，催化活性好，淨化能力強；本發明採用一步法製備汽車尾氣淨化催化劑的製備工藝，與載體上塗覆貴金屬鹽再燒結的現有工藝相比，工藝流程短，貴金屬與載體融為一體，結合緊密。具體實施方式下面結合實施例對本發明技術方案作進一步闡述。實施例中未註明具體技術或者條件，按照本領域內的文獻所描述的技術或條件或者按照產品說明書進行。所用試劑或儀器未註明生產廠商者，均為可以通過市購獲得的常規產品。實施例1一種汽車尾氣淨化催化劑，其骨架為城市汙泥基多孔陶瓷，孔隙表面負載有貴金屬鉑，所述的城市汙泥基多孔陶瓷與鉑的質量比為1:0.001。該汽車尾氣淨化催化劑的製備方法：將城市汙泥進行脫水處理後與黏土、燕麥秸稈、氯化鉑混合，攪拌均勻，得到混合料，脫水後的城市汙泥：黏土：燕麥秸稈：氯化鉑＝1：1：0.8：0.003；將混合料定型後乾燥，在800℃下進行煅燒，冷卻得到固體，即為汽車尾氣淨化催化劑，其孔隙率約為50％。實施例2一種汽車尾氣淨化催化劑，其骨架為城市汙泥基多孔陶瓷，孔隙表面負載有貴金屬鈀，所述的城市汙泥基多孔陶瓷與鈀的質量比為1:0.01。該汽車尾氣淨化催化劑的製備方法：將城市汙泥進行脫水處理後與黏土、麥稈、硝酸鈀混合，攪拌均勻，得到混合料，脫水後的城市汙泥：黏土：麥稈：硝酸鈀＝脫水後的城市汙泥：黏土：造孔劑：貴金屬源＝1:4：2.5:0.06；將混合料定型後乾燥，在為1100℃下進行煅燒，冷卻得到固體，即為汽車尾氣淨化催化劑，其孔隙率約為40％。實施例3一種汽車尾氣淨化催化劑，其骨架為城市汙泥基多孔陶瓷，孔隙表面負載有貴金屬銠，所述的城市汙泥基多孔陶瓷與銠的質量比為1:0.005。該汽車尾氣淨化催化劑的製備方法：將城市汙泥進行脫水處理後與黏土、稻草、氯化銠混合，攪拌均勻，得到混合料，脫水後的城市汙泥：黏土：稻草：氯化銠＝1:2：1.5:0.03；將混合料定型後乾燥，在為1000℃下進行煅燒，冷卻得到固體，即為汽車尾氣淨化催化劑，其孔隙率約為45％。實施例4本實施例對實施例1-3所製備的汽車尾氣淨化催化劑進行性能檢測，並與市售產品(對比例R)進行對比，該產品為中自環保科技股份有限公司生產，型號為緊耦合催化劑(CCC)。分散度的測試條件：參考TatsuyaTakeguchi的文獻對CeO2的排除方法，使用CO2扣除Ce對貴金屬的幹擾後CO-Pulse測試貴金屬的分散度。測試結果見表1。活性測試條件：氣氛：C3H6200ppm，C3H8100ppm，NO200ppm，λ＝1，CO210％，H2O10％，平衡氣為N2。全氣氛550℃活化2h後，降溫至100℃以下，升溫瞬態測試，升溫速率5℃/min.表中T50即轉化率達到50％時所對應的溫度，也稱起燃溫度。測試結果見表2。整車排放測試按ECE+EUDC循環進行，測試車輛的發動機排量1.8L，排放測試結果如表3所示。表1實施例和對比例的貴金屬分散度對比表實施例編號分散度對比例R20.2％實施例129.1％實施例227.3％實施例328.6％由表1數據可見，實施例1-3和對比例R相比，由於貴金屬鹽與其它原料一起混合後燒結，貴金屬均勻分散於多孔陶瓷載體中，貴金屬分散度均有大幅度提高。表2實施例和對比例的催化劑起燃溫度T50對比表實施例編號COHCNO對比例R376367364實施例1343345347實施例2320319321實施例3335332337從表2數據可見，實施例1-3和對比例相比，CO/HC/NO的起燃溫度有所降低，表明本發明所述的催化劑的催化轉化效率高。表3經處理後汽車尾氣汙染物的含量表實施例編號CO(g/km)HC(g/km)NO(g/km)對比例R0.04350.6790.0411實施例10.05110.7910.0592實施例20.04200.6570.0398實施例30.04810.7250.0431如表3所示，催化劑性能測試與評價的結果表明，與對比例R相比，本發明實施例的汽車尾氣淨化催化劑，具有相似的汙染物處理能力，對碳氧化物、碳氫化物、氮氧化合物均有優異的轉化能力，淨化能力強。儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp