催化制品以及其制造和使用方法技术

本发明专利技术提供了一种催化制品，所述催化制品包括：a)第一层，所述第一层包括负载在二氧化铈组分上的镍组分和铜组分，其中按所述第一层的总重量计，以氧化镍计算，所述镍组分的量为0.1wt.％到30wt.％，并且其中按所述第一层的总重量计，以氧化铜计算，所述铜组分的量为0.01wt.％到5.0wt.％；b)第二层，所述第二层包括负载在储氧组分、氧化铝组分和氧化锆组分中的至少一种上的铂族金属组分，其中所述铂族金属组分包括铂、铑、钯或其任何组合，并且其中按所述第二层的总重量计，所述铂族金属组分的量为0.01wt.％到5.0wt.％；以及c)基材，其中所述第一层和所述第二层由阻挡层或间隙隔开。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】催化制品以及其制造和使用方法
当前要求保护的专利技术涉及一种用于处理排气以减少其中所含污染物的催化制品。具体地，当前要求保护的专利技术涉及包括铂族金属和非铂族金属以减少一氧化碳排放、氮氧化物排放和烃排放的催化制品。
技术介绍
如三元转化(TWC)催化剂等催化剂在汽车工业中众所周知用于减少来自发动机排气的污染物如烃(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)。这些TWC催化剂通常含有铂族金属(PGM)如铂、钯、铑和其组合，其作用是促进HC和CO的氧化反应以及NOx的减少。近年来，美国等各个国家的政府法规对一氧化碳的排放进行了严格的限制，即来自尾管的CO排放的可接受值正在稳步下降。因此，需要改进的催化剂技术来满足严格的标准。现有技术中的一些现有技术公开了使用包括镍或镍和铜的组合的三元催化剂来减少污染物。这些催化剂包括用镍或铜浸渍的氧化铝。然而，这些催化剂在商业上并不成功，因为镍和铜两者均可以与氧化铝反应形成铝酸镍和铝酸铜。相应铝酸盐的形成通常发生在严重老化条件期间，这可能导致催化剂失活。进一步地，还发现这些催化剂缺乏氧化HC和CO以及减少NOx的期望效率，因为碱金属的存在可能导致PGM中毒并且具有低热稳定性。因此，期望开发使用一种或多种特定载体和布置的含有镍、铜和铂族金属的催化剂，其可以提供一氧化碳的显著减少，同时降低HC和NOx排放水平，以便满足日益严格的法规。
技术实现思路
一方面，在此要求保护的本专利技术提供了一种催化制品，所述催化制品包括a)第一层，所述第一层包括负载在二氧化铈组分上的镍组分和铜组分，其中按所述第一层的总重量计，以氧化镍计算，所述镍组分的量为0.1wt.％到30wt.％，并且其中按所述第一层的总重量计，以氧化铜计算，所述铜组分的量为0.01wt.％到5wt.％；b)第二层，所述第二层包括负载在储氧组分、氧化铝组分和氧化锆组分中的至少一种上的铂族金属组分，其中所述铂族金属组分包括铂、铑、钯或其任何组合，并且其中按所述第二层的总重量计，所述铂族金属组分的量为0.01wt.％到5wt.％；以及c)基材，其中所述第一层和所述第二层由阻挡层或1mm到10mm的间隙隔开。另一方面，当前要求保护的专利技术还提供一种用于制备催化制品的方法。在一个实施例中，所述方法包括：制备第一层浆料；将所述第一层浆料沉积在基材上以获得第一层；制备阻挡层浆料并且将所述阻挡层浆料作为中间层沉积在所述第一层上；制备第二层浆料；以及将所述第二层浆料沉积在所述中间层上以获得第二层，然后在400℃到700℃的范围内的温度下进行煅烧，其中制备所述第一层浆料或所述第二层浆料的步骤包括选自初湿浸渍、初湿共浸渍和后添加的技术。在仍另一方面，当前要求保护的专利技术提供了一种用于内燃机的排出系统，所述排出系统包括i)本专利技术的催化制品；以及ii)任选地，基于铂族金属的三元转化(TWC)催化制品，所述TWC催化制品包括1g/ft3到300g/ft3选自铂、钯、铑和其组合的铂族金属。在又另一方面，当前要求保护的专利技术提供了一种处理气态排出流的方法，所述气态排出流包括烃、一氧化碳和氮氧化物，所述方法包括使所述排出流与本专利技术的催化制品或排出系统接触。在另外的方面，当前要求保护的专利技术提供了一种降低气态排出流中的烃、一氧化碳和氮氧化物水平的方法，所述方法包括使所述气态排出流与催化制品或排出系统接触以降低所述排气中的所述烃、一氧化碳和氮氧化物水平。另一方面，当前要求保护的专利技术提供了一种本专利技术的催化制品的用途，其用于净化包括烃、一氧化碳和氮氧化物的气态排出流。附图说明为了提供对本专利技术的实施例的理解，参考附图，其未必按比例绘制，并且其中参考数字是指本专利技术的示例性实施例的组分。图式仅为示例性，并且不应理解为限制本专利技术。结合附图考虑以下详细描述，当前要求保护的专利技术的上述和其它特征、其性质以及各种优点将变得更加显而易见：图1是根据当前要求保护的专利技术的一些实施例的呈示例性配置的催化制品设计的示意性表示。图2是根据当前要求保护的专利技术的一些实施例的排出系统的示意性表示。图3A和3B是示出了各种催化剂材料的累积CO排放、HC排放、NO排放和NH3的比较测试结果的折线图。图4A和4B是示出了各种催化剂材料的累积CO排放、HC排放、NO排放和NH3的比较测试结果的折线图。图5A和5B是示出了各种催化剂材料的累积CO排放、HC排放、NO排放和NH3的比较测试结果的折线图。图6A是蜂窝型基材载体的透视图，其可以包括根据当前要求保护的专利技术的一个实施例的催化剂组合物。图6B是相对于图6A放大的局部横截面视图，并且沿着平行于图6A的基材载体的端面的平面截取，其示出了图6A所示的多个气流通道的放大视图。图7是相对于图6A放大的部分的剖视图，其中图6A中的蜂窝型基材表示壁流式过滤器基材整体。具体实施方式现在将在下文更充分地描述当前要求保护的专利技术。当前要求保护的专利技术可以以许多不同的形式体现并且不应被解释为限制于本文所述的实施例；而是这些实施例被提供为使得当前要求保护的专利技术更完全和完整，并且将本专利技术的范围完全地转达给所属领域技术人员。本说明书中的语言不应解释为指示任何未要求保护的元件为本公开的材料和方法的实践所必需的。除非本文中另有指示或明显与上下文相矛盾，否则在描述本文所讨论的材料和方法的上下文中(特别是在以下权利要求的上下文中)使用的术语“一个/种(a/an)”和“所述(the)”以及类似的指代词应被解释为涵盖单数和复数两者。除非在本文另外指示或以其它方式与上下文明显相矛盾，否则本文所描述的所有方法可按任何适合的顺序执行。除非另外声明，否则本文提供的任何和所有实例或示例性语言(例如，“如”)的使用仅旨在更好地说明材料和方法并且不对范围构成限制。如本文所使用的，术语“催化剂”或“催化剂组合物”是指促进反应的材料。术语“催化制品”或“催化剂制品”是指其中基材涂覆有用于促进期望的反应的催化剂组合物的组分。在一个实施例中，催化制品是层状催化制品。术语层状催化制品是指其中基材以层状方式涂覆有一种或多种PGM和/或非PGM组合物的催化制品。这些一种或多种组合物可以被称为一种或多种载体涂料(washcoat)。术语“NOx”是指氮氧化物化合物，如NO和/或NO2。如本文所使用的，“非PGM金属”是指包含但不限于Ni、Cu、Fe、Mn、Zn及其任何混合物的活性金属或金属氧化物。铂族金属(PGM)组分是指包含PGM(Rh、Pd和Pt)的任何化合物。例如，PGM可以是零价的金属形式，或者PGM可以是氧化物形式。参考“PGM组分”允许PGM以任何价态存在。术语“铂(Pt)组分”、“铑(Rh)组分”、“钯(Pd)组分”等是指各自的铂族金属化合物、络合物等，其在煅烧或使用催化剂时分解或转化为催化活性形式，通常为金属或金属氧化物。所述一种或多种铂族金属负载或浸渍在载体材料如氧化铝组分、储氧组分和氧化锆组分上。如本文所使用的，“浸渍的”或“浸渍本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化制品，其包括：/na)第一层，所述第一层包括负载在二氧化铈组分上的镍组分和铜组分，其中按所述第一层的总重量计，以氧化镍计算，所述镍组分的量为0.1wt.％到30wt.％，并且其中按所述第一层的总重量计，以氧化铜计算，所述铜组分的量为0.01wt.％到5.0wt.％；/nb)第二层，所述第二层包括负载在储氧组分、氧化铝组分和氧化锆组分中的至少一种上的铂族金属组分，其中所述铂族金属组分包括铂、铑、钯或其任何组合，并且其中按所述第二层的总重量计，所述铂族金属组分的量为0.01wt.％到5.0wt.％；以及/nc)基材，/n其中所述第一层和所述第二层由阻挡层或1mm到10mm的间隙隔开。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190116 EP 19152014.7;20181219 US 62/781,6301.一种催化制品，其包括：
a)第一层，所述第一层包括负载在二氧化铈组分上的镍组分和铜组分，其中按所述第一层的总重量计，以氧化镍计算，所述镍组分的量为0.1wt.％到30wt.％，并且其中按所述第一层的总重量计，以氧化铜计算，所述铜组分的量为0.01wt.％到5.0wt.％；
b)第二层，所述第二层包括负载在储氧组分、氧化铝组分和氧化锆组分中的至少一种上的铂族金属组分，其中所述铂族金属组分包括铂、铑、钯或其任何组合，并且其中按所述第二层的总重量计，所述铂族金属组分的量为0.01wt.％到5.0wt.％；以及
c)基材，
其中所述第一层和所述第二层由阻挡层或1mm到10mm的间隙隔开。


2.根据权利要求1所述的催化制品，其中所述阻挡层包括氧化铝、二氧化铈、氧化锆、二氧化铈-氧化锆复合物、二氧化钛和其组合，其中所述阻挡层基本上不含铂族金属和非PGM金属，其中所述铂族金属和所述非PGM金属中的每一种的量小于0.001％w/w。


3.根据权利要求1到2中任一项所述的催化制品，其中所述催化制品包括：a)第一层，所述第一层包括负载在二氧化铈组分上的镍组分和铜组分、作为底层沉积在基材上，其中按所述第一层的总重量计，以氧化镍计算，所述镍组分的量为0.1wt.％到30wt.％，并且其中按所述第一层的总重量计，以氧化铜计算，所述铜组分的量为0.01wt.％到5.0wt.％；b)阻挡层，所述阻挡层包括氧化铝、作为中间层沉积在所述第一层上；以及c)第二层，所述第二层包括负载在储氧组分、氧化铝组分和氧化锆组分中的至少一种上的铂族金属组分、作为顶层沉积在所述中间层上，其中所述铂族金属组分包括铂、铑、钯或其任何组合，并且其中按所述第二层的总重量计，所述铂族金属组分的量为0.01wt.％到5.0wt.％。


4.根据权利要求1到3中任一项所述的催化制品，其中所述阻挡层包括氧化铝，并且氧化铝的装载量在0.25g/in3到3.0g/in3的范围内。


5.根据权利要求2到4中任一项所述的催化制品，其中氧化铝的装载量在0.5g/in3到2.0g/in3的范围内。


6.根据权利要求1所述的催化制品，其中所述催化制品包括：a)第一层，所述第一层包括负载在二氧化铈组分上的镍组分和铜组分、作为第二区沉积在基材上，其中按所述第一层的总重量计，以氧化镍计算，所述镍组分的量为0.1wt.％到30wt.％，并且其中按所述第一层的总重量计，以氧化铜计算，所述铜组分的量为0.01wt.％到5wt.％；以及
b)第二层，所述第二层包括负载在储氧组分、氧化铝组分和氧化锆组分中的至少一种上的铂族金属组分、作为第一区沉积在所述基材上，其中所述铂族金属组分包括铂、铑、钯或其任何组合，并且其中按所述第二层的总重量计，所述铂族金属组分的量为0.01wt.％到5.0wt.％；其中所述第一层和所述第二层由1mm到10mm的间隙隔开。


7.根据权利要求1到6中任一项所述的催化制品，其中按所述第一层的总重量计，以氧化镍计算，所述镍组分的量为5.0wt.％到15wt.％，并且按所述第一层的总重量计，所述铜组分的量为0.25wt.％到1.0wt.％。


8.根据权利要求1到5中任一项所述的催化制品，其中所述阻挡层进一步包括用于选自钡、锶、钙、镁和镧的载体的掺杂剂。


9.根据权利要求1到8中任一项所述的催化制品，其中所述第一层进一步包括选自Mn、V、Co、W和Mo的非PGM金属。


10.根据权利要求1到9中任一项所述的催化制品，其中所述镍组分包括选自硝酸镍、乙酸镍、碳酸镍、硫酸镍、氧化镍或其任何组合的水溶性或水不溶性镍化合物。


11.根据权利要求1到10中任一项所述的催化制品，其中所述铜组分包括选自铜金属、氧化铜、氢氧化铜、乙酸铜、硝酸铜、硫酸铜、碳酸铜、乙酰丙酮铜或其任何组合的水溶性或水不溶性铜化合物。


12.根据权利要求1到11中任一项所述的催化制品，其中所述二氧化铈组分包括在950℃下在空气中煅烧12小时之后比表面积在15m2/g到60m2/g的范围内的二氧化铈，并且按所述第一层的总重量计，所述二氧化铈组分的量为20wt.％到80wt.％。


13.根据权利要求1到12中任一项所述的催化制品，其中所述第一层的所述二氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·维朱诺夫，M·迪巴，郑晓来，骆添，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：美国;US