用于废气净化的催化剂
阅读说明:本技术 用于废气净化的催化剂 (Catalyst for exhaust gas purification ) 是由 金荷娜 崔京禹 李东一 崔好镇 玄元智 于 2019-01-11 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种用于废气净化的催化剂,包含:贵金属;氧化铝载体粒子;以及二氧化钛半导体粒子,担载于上述氧化铝载体粒子的表面上。(The present invention provides a catalyst for exhaust gas purification, comprising: a noble metal; alumina support particles; and titanium dioxide semiconductor particles supported on the surface of the alumina carrier particles.)
技术领域
本发明涉及用于废气净化的催化剂。
背景技术
内燃机排出的废气中含有一氧化碳(CO)、总烃(THC,Total hydrocarbon)、氮氧化物(NOx)等对环境和人体有害的物质。随着近来世界性的环境意识达到顶点,需要进一步提高用于将这些废气成分转化为二氧化碳、氮、氧、水等的用于废气处理的催化剂的性能。
这些用于废气处理的催化剂的相关技术问题之一可以为通过防止催化剂的老化现象来提高催化剂的寿命。
发明内容
技术问题
本发明的一实例提供防止因贵金属的凝集而发生的催化剂老化并在确保耐久性的同时提高催化剂的性能的用于废气净化的催化剂。
技术方案
本发明的一实例提供一种用于废气净化的催化剂,包含:贵金属;氧化铝载体粒子;以及二氧化钛(TiO2)半导体粒子,担载于上述氧化铝载体粒子的表面上。
发明的效果
上述用于废气净化的催化剂通过防止因贵金属的凝集及生长而导致的催化剂的老化现象来提高催化剂的寿命。
附图说明
图1为本发明一实例的用于废气净化的催化剂的示意图。
具体实施方式
以下,详细说明本发明的实例。但该实例仅为示例,不以此限制本发明,本发明仅由随附的发明要求保护范围的范畴定义。
本发明的一实例提供一种用于废气净化的催化剂,包含贵金属;氧化铝载体粒子;以及二氧化钛半导体粒子,担载于上述氧化铝载体粒子的表面上。
上述用于废气净化的催化剂具有将二氧化钛半导体粒子担载于氧化铝载体粒子的表面上的新型粒子结构。
上述贵金属可以担载于上述二氧化钛半导体粒子。在本说明书中,将担载有上述贵金属的上述二氧化钛半导体粒子称为复合纳米粒子。
在上述用于废气净化的催化剂中,上述复合纳米粒子担载于上述氧化铝载体粒子,尤其,担载于上述矾土载体的表面。
在上述用于废气净化的催化剂中,上述复合纳米粒子担载于上述氧化铝载体粒子,上述复合纳米粒子具有贵金属担载于二氧化钛半导体粒子的结构。这是贵金属将上述二氧化钛半导体粒子作为中间载体来担载于上述氧化铝载体粒子的结构。如上所述,上述用于废气净化的催化剂通过包含上述二氧化钛半导体粒子作为中间载体,使担载于上述二氧化钛半导体粒子的贵金属保持均匀分散于上述氧化铝载体粒子的表面上的状态,尤其可以很好地保持纳米粒子的状态。
若上述贵金属不是担载于上述二氧化钛半导体粒子而是直接担载于上述氧化铝载体粒子,则贵金属离子会因在高温行驶环境中产生的废气而容易凝集或生长。并且,会通过高温的废气而使矾土载体的多孔性表面结构崩溃,使贵金属离子被埋入或者损失,从而减少催化反应的表面积。
与此相反地,即使担载于上述二氧化钛半导体粒子的贵金属与汽车的废气一起长时间暴露于高温的废气中,也会抑制贵金属粒子间的凝集及生长。因此,上述用于废气净化的催化剂通过防止因贵金属的凝集及生长而导致的催化剂的老化现象来提高催化剂的寿命。并且,在表面担载上述复合纳米粒子的上述氧化铝载体粒子形成有利于在高温废气环境中抑制表面结构崩溃的结构。
最终,根据上述用于废气净化的催化剂具有这样的结构,可以更好地分散并保持贵金属,可以防止因高温环境引起的贵金属的凝集,或者有效防止因氧化铝载体粒子的表面结构变形导致的性能降低。
图1为本发明一实例的上述用于废气净化的催化剂的示意图。
在图1中,上述用于废气净化的催化剂10显出由贵金属1和二氧化钛半导体粒子2形成的复合纳米粒子4以及上述复合纳米粒子4担载于氧化铝载体粒子3的表面上的结构。
在一实例中,相对于100重量份的上述氧化铝载体粒子3,上述用于废气净化的催化剂10可以包含20重量份至50重量份的上述二氧化钛半导体粒子2,具体地,相对于100重量份上述氧化铝载体粒子3,可以包含30重量份至40重量份的上述二氧化钛半导体粒子2。
若上述用于废气净化的催化剂10包含超出上述范围的上述二氧化钛半导体粒子2,则会发生如下问题。
第一,若需要在氧化铝载体粒子的表面担载的上述二氧化钛半导体粒子过多,会发生它们之间的聚团及凝集现象,会发生担载上述贵金属的上述二氧化钛半导体粒子,即,复合纳米粒子的损失,会有降低催化剂性能的隐患。
第二,在焙烧及高温老化(aging)中,上述二氧化钛半导体粒子自身发生凝集(烧结(sintering))的几率会提高。因此,具有降低催化剂性能的隐患。尤其,由于二氧化钛在850℃以上的高温中耐热性弱,因此需要更加注意。
第三,若上述二氧化钛半导体粒子过多,会因水分而变得脆弱从而降低催化剂的性能。实际上,在汽车的行驶当中会产生水分,因此在此过程中会给催化剂的性能带来不良影响。因此,对用于废气净化的催化剂的性能评价实际上就是进行水分条件下的湿热老化(hydrothermal aging)。
第四,有成本上升的顾虑。在用于废气净化的催化剂的情况下,还要考虑在发挥同等性能的前提下节约制备成本,尤其是在材料方面减少成本成为性价比的重要方面。
若上述用于废气净化的催化剂包含小于上述范围的少量上述二氧化钛半导体粒子,则会发生如下问题。
第一,有可能无法充分获得前面说明过的阻止贵金属粒子的凝集及矾土载体的多孔性表面结构的变形/崩溃的效果。
第二,为了通过使用于废气净化的催化剂的总贵金属比例满足规定水平来保证催化剂的性能,在相同的矾土载体质量中,上述二氧化钛半导体粒子的比例越低,担载于二氧化钛半导体粒子的贵金属的比例就要越高。若是如此,担载于二氧化钛半导体粒子的贵金属间的间距变窄,使贵金属凝集的几率变高,因此具有降低催化剂性能的隐患。
第三,从相同的观点来看,二氧化钛半导体粒子的比例越低,担载于二氧化钛半导体粒子的贵金属的比例就要越高,以较高的比例将贵金属担载于二氧化钛半导体粒子比较困难,会出现工序时间或成本增加的问题。
具体地,上述复合纳米粒子4可以为在纳米尺寸的二氧化钛半导体粒子2上将比之更小的纳米尺寸的贵金属粒子1担载于上述二氧化钛半导体粒子2的表面的形态。
上述二氧化钛半导体粒子2可以具有约10nm至约500nm的平均直径,具体地,可以具有约20nm至约200nm的平均直径。
上述复合纳米粒子4可以视为主要由上述二氧化钛半导体粒子2的大小决定其大小,并且,上述复合纳米粒子4还可以具有约10nm至约100nm的平均直径,具体地,可以具有约20nm至约80nm的平均直径。
上述复合纳米粒子4及上述二氧化钛半导体粒子2的平均直径可以通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)图像分析之类的电子显微镜检测来计算。
上述贵金属1起到废气净化反应的催化剂的作用。废气净化反应通过将废气中包含的一氧化碳、总烃、氮氧化物等废气成分转化为二氧化碳、氮、氧、水等的氧化还原反应来实现。上述贵金属1起到这样的氧化还原反应的催化剂的作用。
上述贵金属1可以包含例如选自由钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)及它们的组合组成的组中的一种。
上述贵金属1可以根据废气净化反应的种类分为用于氧化反应活性催化剂的贵金属或用于还原反应活性催化剂的贵金属。例如,用于氧化反应活性催化剂的贵金属由铂(Pt)或钯(Pd)等,上述贵金属可以催化将一氧化碳氧化为二氧化碳,将总烃氧化为二氧化碳及水的氧化反应。
并且,用于还原反应活性催化剂的贵金属有铑等,利用上述贵金属可以激活将氮氧化物还原为二氧化碳及氮的反应。
可以根据用途选择贵金属1的种类。例如,在低温中表现出优秀活性的铂(Pt)可以在柴油等之类排出相对较低温度的废气的环境中实现优秀的催化剂性能。
并且,尤其是在高温中偏重于稳定性的钯(Pd)可以在汽油等之类排出高温的废气的环境中表现出优秀的催化剂性能及寿命。
并且,上述贵金属1能够以合金的形态担载而在氧化还原反应中表现出更加优秀的效果。
例如,作为上述贵金属1的铂(Pt)及钯(Pd)的合金能够更加提高氧化反应活性。
而且,上述贵金属1可以为作为用于氧化反应活性催化剂的贵金属的铂(Pt)或钯(Pd)和作为用于还原反应活性催化剂的贵金属的铑(Rh)的合金,能够以这样的合金形态表现出优秀的废气处理性能和耐毒性,从而提高催化剂的寿命。
并且,将上述钌(Ru)、锇(Os)、铱(Ir)等与铑(Rh)、钯(Pd)、铂(Pt)等以合金形态担载于上述二氧化钛半导体粒子2而形成的复合纳米粒子4可以提高催化剂的刚性、耐久性、耐毒性等物理、化学特性。
上述贵金属1可以为通过例如光蒸镀法担载于二氧化钛半导体粒子2而形成的粒子相,其平均粒径可以形成几纳米(nm)的水平,例如,可以为约0.1nm至约30nm,具体地,可以为约1nm至约20nm。
上述贵金属1的平均直径可以通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜图像分析之类的电子显微镜检测来计算。
比起上述二氧化钛半导体粒子2的粒径,上述贵金属1粒子的粒径非常小,由于上述贵金属1粒子具有上述范围的粒径,所以能够以适当的含量通过光蒸镀担载于上述二氧化钛半导体粒子2的表面,从而表现出优秀的催化剂活性。可以通过光蒸镀法在纳米尺寸的半导体粒子2的表面均匀地分散并担载更小的纳米尺寸的贵金属1粒子。
上述贵金属1以上述范围的平均粒径均匀分散于上述二氧化钛半导体粒子2,从而提高对废气净化反应的氧化还原反应的催化剂作用。而且,还可以在高温的废气环境中极大地抑制贵金属1的生长及凝集等。
具体地,若上述贵金属1的平均粒径小于上述范围,则会通过奥斯瓦尔德熟化(Ostwald Ripening)加速贵金属的凝集及生长,若大于上述范围,则会因反应表面积减少而降低废气处理能力。
因此,包含具有上述范围平均粒径的贵金属1的上述用于废气处理的催化剂可以通过保持宽大的表面积来进一步提高催化剂的性能。
上述复合纳米粒子4无需额外的热处理,而只通过光照射将小纳米尺寸的贵金属1以很高的比例均匀地担载于纳米尺寸的二氧化钛半导体粒子2。通过这种制备方式,可以确保上述贵金属1宽大的表面积,从而可以赋予优秀的催化剂性能,可以表现出优秀的热稳定性,在高温环境中可以赋予优秀的催化剂寿命。
上述用于废气净化的催化剂可以包含直接在上述二氧化钛半导体粒子2担载贵金属1的复合纳米粒子4,而不是包含根据细孔的大小以物理方式担载贵金属1的矾土等载体,无需额外的热处理,可以只通过照射光来将贵金属1担载于二氧化钛半导体粒子2,可以在高温环境中抑制贵金属1的凝集及生长,保持宽大的表面积,赋予优秀的催化剂寿命。
例如,照射比上述二氧化钛半导体粒子2所具有的带隙能量更大的光,激发位于价带的电子向导带迁越,从而可以使价带剩下空穴而生成电子-空穴对。这样形成的电子可以还原贵金属并使其以小的贵金属纳米粒子的形态均匀分散于上述二氧化钛半导体粒子2。
相对于100重量份的上述二氧化钛半导体粒子,上述用于废气净化的催化剂10可以包含约1重量份至约50重量份含量的上述贵金属1。例如,相对于100重量份的上述半导体纳米粒子固体成分,可以包含约1重量份至约32重量份含量的上述贵金属。
上述用于废气净化的催化剂10可以通过调节前述的上述氧化铝载体粒子3与上述二氧化钛半导体粒子2之间的含量比及上述二氧化钛半导体粒子2与上述贵金属1之间的含量比,使上述用于废气净化的催化剂10中具有规定含量的贵金属1,相对于相同的贵金属1含量,可以通过干预氧化还原反应而表现出显著提高的废气处理能力。而且,在高温的废气环境中,极大地抑制了上述贵金属的生长、凝集、埋入及内部扩散的现象,在包含低含量贵金属的同时可以表现出优秀的催化剂寿命。
上述用于废气净化的催化剂10可以通过包含氧化铝载体粒子3,来具有宽大的表面积,可以通过顺畅地干预氧化还原反应来处理废气。
上述氧化铝载体粒子3可以为具有约0.5μm至约50μm平均粒径的粒子,具体地,上述氧化铝载体粒子3可以为具有约0.5μm至约10μm的平均粒径的粒子。
上述氧化铝载体粒子3的平均直径可以通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜图像分析之类的电子显微镜检测来计算。
上述氧化铝载体粒子3作为担载上述担载有贵金属1的二氧化钛半导体粒子2,即,上述复合纳米粒子4的载体,被赋予热稳定性,即使在高温环境下也能够起到顺利地担载上述复合纳米粒子4的载体的作用。
上述用于废气净化的催化剂10可以通过包含上述氧化铝载体粒子3来使上述复合纳米粒子4有效地分散配置,其结果,使上述贵金属1有效分散,并且,抑制贵金属的凝集及生长,即使在高温废气环境中也能够保持贵金属1的分散状态,从而可以进一步提高催化剂的寿命。
上述氧化铝载体粒子3可以包含氧化铝(Al2O3)。
上述氧化铝载体粒子3可以具有多孔性结构,虽然包含气孔,但上述复合纳米粒子4的直径比出现在上述氧化铝载体粒子3的表面的气孔的平均直径大,因此担载于上述氧化铝载体粒子3的表面,而不是担载于内部的气孔(参照图1)。
具体地,出现在上述氧化铝载体粒子3的表面的气孔的平均直径可以为10nm以下。
由于上述复合纳米粒子4担载于上述氧化铝载体粒子3的表面,上述复合纳米粒子4中的上述贵金属1也具有分散于上述氧化铝载体粒子3的表面上的结构。虽然分散于上述氧化铝载体粒子3的内部气孔的贵金属在高温废气环境下容易凝集或生长,但担载于上述氧化铝载体粒子3的表面的上述复合纳米粒子4中的贵金属1可以显著抑制这种凝集及生长的现象。
在一实例中,上述复合纳米粒子4所包含的贵金属1可以占上述用于废气净化的催化剂10所包含的全部贵金属1中的至少90重量百分比。换而言之,上述用于废气净化的催化剂10可以在上述氧化铝载体粒子3的内部气孔担载很少含量的贵金属,或者不担载贵金属,具体地,小于上述用于废气净化的催化剂10所包含的全部贵金属含量的10重量百分比。
上述用于废气净化的催化剂10可以无需额外的处理,例如无需光照射,来激活氧化还原反应。具体地,上述用于废气净化的催化剂10为了实现作为催化剂的活性即使不进行额外的紫外光(UV)等的光照射,也可以通过干预下述氧化还原反应来将废气中包含的一氧化碳、总烃、氮氧化物等转化为二氧化碳、氮、氧、水等。
i)一氧化碳的氧化反应:CO+O2=>CO2
ii)总烃的氧化反应:CxH2x+2+O2=>CO2+H2O
iii)氮氧化物的还原反应:NO+CO=>CO2+N2
以下,对上述用于废气净化的催化剂10的制备方法进行说明。上述用于废气净化的催化剂10通过如下步骤制备,包括:向包含二氧化钛半导体粒子2的悬浊液混合贵金属前体来形成混合物的步骤;向上述混合物照射光来制备担载有贵金属1的二氧化钛半导体粒子2的复合纳米粒子4的步骤;向上述复合纳米粒子4混合氧化铝载体粒子3来制备水性组合物的步骤;以及干燥及焙烧上述水性组合物来制备上述用于废气净化的催化剂10的步骤。
具体地,上述悬浊液中可以包含约0.1重量百分比至约50重量百分比含量的上述二氧化钛半导体粒子2。例如,可以包含约0.5重量百分比至约20重量百分比的含量。若上述二氧化钛半导体粒子2的含量小于上述范围,则难以确保充分量的担载有贵金属的二氧化钛半导体粒子2,因此会增加制备工序的次数,从而提高制备成本。而且,若大于上述范围,则会使照射光的穿透困难而无法充分实现光反应,从而无法调节贵金属的形状及分布。
上述贵金属前体可以包含选自由PtCl2、H2PtCl6、PdCl2、Na2PdCl4、K2PdCl4、H2PdCl4、RhCl3、Na3RhCl6、K3RhCl6、H3RhCl6及它们的组合组成的组中的一种。
例如,上述贵金属前体可以包含PtCl2、H2PtCl6等的Pt前体、PdCl2、Na2PdCl4、K2PdCl4、H2PdCl4等的Pd前体、RhCl3、Na3RhCl6、K3RhCl6、H3RhCl6的Rh前体等。
上述混合物还可以包含牺牲剂。牺牲剂可以去除通过光照射而从二氧化钛半导体粒子2产生的空穴,使二氧化钛半导体粒子产生的电子能够有效地还原贵金属。从而可以提高催化剂的活性。
相对于100重量份的包含二氧化钛半导体粒子2的悬浊液与贵金属前体混合的混合物,可以包含0.1重量份至50重量份含量的上述牺牲剂。具体地,若上述牺牲剂的含量小于上述范围,则贵金属无法被充分还原,若大于上述范围,则会因无法控制贵金属的还原而使贵金属的粒度分布及分散度不均匀,而且由于牺牲剂大部分是对环境有害的物质,因此使用受到限制。
上述牺牲剂可以包含选自由甲醇、乙醇、异丙醇、甲酸、乙酸及它们的组合组成的组中的一种。
向上述混合物照射光来制备担载有贵金属的二氧化钛半导体粒子2,即,复合纳米粒子4。如前所述,上述用于废气净化的催化剂10无需额外的热处理,只需通过光照射来使贵金属1以小的纳米粒子的形态均匀分散在二氧化钛半导体粒子2。例如,上述光可以照射约0.5小时至约10小时。
向如上述方法获得的复合纳米粒子4混合氧化铝载体粒子3来制备水性组合物。
干燥上述水性组合物后,可在约300℃至约700℃的温度条件下进行焙烧。
通过上述制备方法,上述贵金属1以更小的纳米尺寸均匀分散在二氧化钛半导体粒子2,其结果,上述用于废气净化的催化剂10可以具有提高贵金属的分散度的特性。
本发明的一实例提供利用上述用于废气净化的催化剂10处理汽车废气的方法。
上述用于废气净化的催化剂10可以无需其他处理,例如,可以无需光照射而激活氧化还原反应。具体地,上述用于废气净化的催化剂10可以为了具有催化剂的活性,即使无需额外的紫外光照射等的光照射,也可以干预氧化还原反应,将一氧化碳、总烃、氮氧化物等转化为二氧化碳、氮、氧、水等。
而且,上述用于废气净化的催化剂10在高温的废气环境中也能够极大抑制贵金属的生长、凝集、埋入及内部扩散等,即使包含少量的贵金属也可以显出优秀的催化剂寿命。
例如,即使在约750℃的高温下将上述用于废气净化的催化剂10进行约24小时的老化,上述催化剂粒子中包含的贵金属粒子的直径大小也可以保持在约5nm至约80nm。
以下记载本发明的实施例及比较例。后述的实施例仅为本发明的一实施例,本发明不受下述实施例的限定。
实施例
实施例1
将金红石型二氧化钛(TiO2,通过透视电子显微镜图像分析得知的平均粒径为50nm)粉末分散于水中制备0.5重量百分比的悬浊液。持续搅拌上述金红石型二氧化钛悬浊液,将H2PtCl6前体调节为相对于100重量份的金红石型二氧化钛固体成分包含8重量份的Pt的含量后,进行10分钟的搅拌。相对于100重量份的向包含金红石型二氧化钛的悬浊液混合H2PtCl6前体的混合物,投入10重量份的用作牺牲剂的甲醇后,持续搅拌。之后,在持续搅拌包含金红石型二氧化钛和贵金属前体的混合物的同时照射约2小时的紫外光来实施光照射。光照射结束后干燥混合物来制备担载有Pt的二氧化钛半导体粒子的复合纳米粒子。
对于上述复合纳米粒子担载的Pt粒子进行透射电子显微镜图像分析得知的平均粒径为3nm。
另外,再准备氧化铝载体粒子(Al2O3,通过透射电子显微镜图像分析得知平均粒径为5μm)。
混合上述获得的复合纳米粒子和上述氧化铝载体粒子制备水性组合物后进行干燥,之后在500℃的温度下进行焙烧来制备用于废气净化的催化剂。利用电感耦合等离子体(ICP,Inductively Coupled Plasma)调节复合纳米粒子和上述氧化铝载体粒子的混合比,使最终获得的用于废气净化的催化剂中Pt粒子的含量为2重量百分比。
对于上述获得的用于废气净化的催化剂,使用电感耦合等离子体检测二氧化钛半导体粒子和氧化铝载体粒子的质量比的结果,相对于100重量份的矾土粒子载体,二氧化钛半导体粒子为34重量份。
实施例2
除在实施例1中制备纳米复合粒子时,通过调节使Pt的含量为相对于100重量份的金红石型二氧化钛固体成分的12重量份的方式混合制备复合纳米粒子的情况外(即,增加复合纳米粒子中的Pt担载量),以相同的方法制备复合纳米粒子。
接着,准备与实施例1相同的氧化铝载体粒子后,与上述复合纳米粒子混合后,以与实施例1相同的方法制备用于废气净化的催化剂。其中,使用电感耦合等离子体调节复合纳米粒子和上述氧化铝载体粒子的混合比来使最终制备的用于废气净化的催化剂中Pt粒子的含量为2重量百分比。
对于上述获得的用于废气净化的催化剂,使用电感耦合等离子体检测二氧化钛半导体粒子和氧化铝载体粒子的质量比的结果,相对于100重量份的矾土粒子载体,二氧化钛半导体粒子为21重量份。
实施例3
除在实施例1中制备纳米复合粒子时,通过调节使Pt的含量为相对于100重量份的金红石型二氧化钛固体成分的16重量份的方式混合制备复合纳米粒子的情况外(即,增加复合纳米粒子中的Pt担载量),以相同的方法制备复合纳米粒子。
接着,准备与实施例1相同的氧化铝载体粒子后,与上述复合纳米粒子混合后,以与实施例1相同的方法制备用于废气净化的催化剂。其中,使用电感耦合等离子体调节复合纳米粒子和上述氧化铝载体粒子的混合比来使最终制备的用于废气净化的催化剂中Pt粒子的含量为2重量百分比。
对于上述获得的用于废气净化的催化剂,使用电感耦合等离子体检测二氧化钛半导体粒子和氧化铝载体粒子的质量比的结果,相对于100重量份的矾土粒子载体,二氧化钛半导体粒子为15重量份。
实施例4
除在实施例1中制备纳米复合粒子时,通过调节使Pt的含量为相对于100重量份的金红石型二氧化钛固体成分的5重量份的方式混合制备复合纳米粒子的情况外(即,减少复合纳米粒子中的Pt担载量),以相同的方法制备复合纳米粒子。
接着,准备与实施例1相同的氧化铝载体粒子后,与上述复合纳米粒子混合后,以与实施例1相同的方法制备用于废气净化的催化剂。其中,使用电感耦合等离子体调节复合纳米粒子和上述氧化铝载体粒子的混合比来使最终制备的用于废气净化的催化剂中Pt粒子的含量为2重量百分比。
对于上述获得的用于废气净化的催化剂,使用电感耦合等离子体检测二氧化钛半导体粒子和氧化铝载体粒子的质量比的结果,相对于100重量份的矾土粒子载体,二氧化钛半导体粒子为70重量份。
比较例1
将氧化铝载体粒子(Al2O3,通过透射电子显微镜图像分析得知的平均粒径为5μm)分散在水中制备水溶液。持续搅拌上述水溶液,将H2PtCl6前体调节为相对于97.6重量份的Al2O3固体成分包含2.4重量份的Pt的含量。在60℃的温度下搅拌包含Pt前体的Al203水溶液2小时。将搅拌结束的水溶液在80℃的温度下干燥24小时后,在550℃的温度下焙烧2小时来制备作为担载有Pt的Al203粒子的用于废气净化的催化剂。对于上述获得的用于废气净化的催化剂,使用电感耦合等离子体检测Pt含量的结果,Pt的含量为2重量百分比。
评价
实验例1:净化性能评价
为了评价实施例1至实施例4及比较例1的用于废气处理的催化剂的废气处理性能,使用汽车废气净化性能评价设备(Gas Chromatograph Analyzer,ABB公司)来评价处理性能。对于实施例1至实施例4及比较例1的各个用于废气处理的催化剂,在总流量5L/分钟中1000ppm一氧化碳条件下(氮平衡(Balance)),在约50℃~约500℃的温度下,实施一氧化碳的氧化反应(CO+O2→CO2)的起燃温度(Light Off Temperature,LOT)评价。起燃温度(℃)就是在净化率到达50%时检测的温度,催化剂粒子的起燃温度值越低,判断该催化剂的净化性能越好。
具体地评价方法如下:
要评价的催化剂试样包含相同量的贵金属(2重量百分比的Pt),加工为团粒(Pellet)形态(大小:600μm~1000μm)进行试验及评价。在用于净化性能评价的反应中,反应温度从50℃开始以10℃/分钟的速度升温至500℃来进行。其中,以5000cc/分钟的流量注入包含CO的类似废气,利用红外光度计(Infrared Photometer)实施检测气体浓度(以CO为代表)。注入气体的成分如下述表1所示。
表1
检测的起燃温度(LOT)结果如表2所示。
表2
虽然实施例1至实施例4及比较例1的用于废气净化的催化剂中二氧化钛半导体粒子的含量有变化,但用于废气净化的催化剂中包含Pt的含量几乎是一定的。表2的复合纳米粒子中规定了相对于100重量份的二氧化钛半导体粒子的Pt担载量(重量份)。
实验例2:对于水分的脆弱性分析
除在实验例1的评价条件中追加10重量百分比的水分来评价外,以与实验例1相同的方法来评价用于废气净化的催化剂的净化性能。10重量百分比的水分是将通过水泵和质量流量控制器(Mass Flow Controller)投入的水在350℃的温度下气化(Evaporizer)为水蒸气形态与其他类似成分一起投入。
评价结果如下述表3所示。
表3
区分
起燃温度(℃)
实施例1
369
实施例2
380
实施例3
393
实施例4
404
比较例1
427
以上,虽然详细说明了本发明的多个优选实施例,但本发明的保护范围不以它们为限定,本发明所属技术领域的普通技术人员利用随附的发明要求保护范围中定义的本发明的基本概念进行的多种变形及改良的形态也都属于本发明的发明要求保护范围内。
附图标记的说明
1:贵金属
2:二氧化钛半导体粒子
3:氧化铝载体粒子
4:复合纳米粒子
10:用于废气净化的催化剂
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