用于柴油机排放控制的热老化弹性氧化催化剂制造技术

提供了一种氧化催化剂组合物，所述组合物包含具有多模态粒度分布的多个铂族金属颗粒。所述多个铂族金属颗粒包含第一铂族金属颗粒群体和第二铂族金属颗粒群体，所述第一铂族金属颗粒群体的粒度范围为约0.5nm到约3nm，所述第二铂族金属颗粒群体的粒度范围为约4nm到约15nm。还提供了用于制备和使用所述催化剂组合物的方法以及催化剂制品和使用此类催化剂制品的排放气体处理系统。与常规氧化催化剂相比，所述催化剂在褪绿和/或老化后表现出关于氧化性能的增强的稳定性，具体是较少的NOx氧化性能损失。化性能损失。化性能损失。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于柴油机排放控制的热老化弹性氧化催化剂
[0001]本公开总体上涉及废气处理催化剂领域，特别是包括铂族金属颗粒的氧化催化剂组合物、用于制备和使用此类催化剂组合物的方法以及采用此类催化剂组合物的催化剂制品和废气处理系统。
[0002]用于内燃机排放的环境法规在全世界变得越来越严格。稀燃发动机，例如柴油发动机的操作由于其在稀燃料条件下以高空气/燃料比操作而为用户提供了优异的燃料经济性。然而，柴油发动机还排放含有颗粒物质、未燃烧的烃、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO
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)的废气排放，其中NO
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描述了氮氧化物的各种化学物种，包含一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)等。废气颗粒物质的两种主要组分是可溶性有机部分和烟尘部分。可溶性有机部分以层的形式凝结在烟尘上并且通常来自未燃烧的柴油燃料和润滑油。取决于废气的温度，可溶性有机部分可以以蒸气或气溶胶(即液体冷凝物的细小液滴)的形式存在于柴油废气中。烟尘主要由碳颗粒构成。
[0003]已知包括分散在难熔金属氧化物载体上的如铂族金属等贵金属的氧化催化剂用于处理柴油发动机的废气，以通过催化烃和CO气体污染物两者氧化为二氧化碳(CO2)和水来转化这些污染物。此类催化剂可以含有在柴油氧化催化剂中，所述柴油氧化催化剂被放置在来自柴油驱动发动机的废气流动路径中以对废气流进行处理。通常，柴油氧化催化剂在陶瓷或金属载体基材上制备，在所述基材上沉积有一种或多种催化剂涂层组合物。
[0004]通过烟尘过滤器的主动或被动再生实现柴油烟尘去除。可以通过在柴油氧化催化剂的入口处注入另外的柴油燃料来进行主动再生，并且燃料燃烧释放的放热显著提高了下游催化烟尘过滤器处的温度并且根据方程式(C+O2→
CO/CO2)通过O2开始烟尘燃烧。此反应的温度通常超过600℃。根据方程式(C+NO2→
CO/CO2+NO)，被动烟尘再生利用NO2而不是O2来氧化烟尘。此反应在高于300℃的温度下是有效的，并且通常可以在正常驾驶期间完成，无需导致燃油经济性损失的燃料喷射。
[0005]除了转化气态烃、CO和颗粒物质的可溶性有机部分，含铂的氧化催化剂促进NO氧化为NO2。铂(Pt)仍然是用于将NO氧化为NO2的最有效的铂族金属。铂族金属可以各种形式结合在柴油氧化催化剂组合物中。例如，某些催化剂组合物结合呈微粒(例如，纳米微粒)形式的铂族金属。参见Paulus等人,《电分析化学杂志(J.Electroanal.Chem.)》,134,495(2001)；Yoo等人,《催化学报(J.Catalysis)》,214,1
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7(2003)；和Jain等人,《化学研究述评(Ace.Chem.Res.)》,41,1578
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1586(2008)。例如，具有受控制的大小和形状的Pt纳米微粒为开发高性能工业Pt催化剂提供了巨大的机会。参见Zhao等人,《先进材料(Adv.Mater.)》,11,217
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220(1999)；Oishi等人,《反应性和功能性聚合物(React.Funct.Polym.)》67,662
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668(2007)；和Peng等人,《纳米快报(Nano Lett.)》,9,3704
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3709(2009)。当铂族金属以微粒(例如，纳米微粒)的形式结合到催化剂组合物中时，导致表面积减小的高温下的颗粒生长(即，烧结)是催化剂组合物的主要失活途径。特别是，NO氧化已被广泛报道对Pt结构敏感；即，转换频率(TOF)强烈依赖于Pt粒度(Weiss等人,J.Phys.Chem.C,2009,30,13331
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13340)。另外，完全还原的金属Pt(Pt0)表面对NO氧化最活跃。
[0006]据信，例如，在含铂族金属的催化剂组合物中的颗粒烧结现象是通过两种限制，
即，奥斯特瓦尔德熟化(Ostwald ripening)或颗粒迁移和聚结机制之一进行的。参见例如，Hansen等人,《化学研究述评》2013,46(8):1720
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30，其公开内容通过引用并入本文。在奥斯特瓦尔德熟化机制下，假设金属颗粒是不动的，并且烧结仅由于原子或簇从小颗粒迁移到大颗粒而发生。在颗粒迁移和聚结烧结机制下，颗粒被理解为在载体表面上以布朗样运动(Brownian
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like motion)的方式移动，随后聚结导致颗粒生长。通过一种或两种机制，在传统的Pt基柴油氧化催化剂老化时，可以观察到NO氧化活性的显著(通常至多50％)损失。
[0007]虽然将钯(Pd)添加到Pt基柴油氧化催化剂中可以抑制Pt的烧结并且改善高温老化后的CO和烃氧化性能，但高Pd浓度可能会降低Pt转化烃和/或氧化NO的活性，特别是当与烃储存材料一起使用时，并且还可能使催化剂更易受硫中毒的影响。因此，提供包括Pt的催化剂组合物将是有利的，所述催化剂组合物不易受表面积损失的影响，以允许在高温使用条件下实现持续高催化效率。进一步地，持续需要提供有效利用金属(例如，铂族金属)并且在长时间段内，特别是在高温条件下，仍然有效地满足烃、NO
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和CO转化的规定的催化组合物。
[0008]本文公开了催化剂组合物、催化剂制品和包括此类催化剂制品的催化剂体系。在一些实施例中，催化剂组合物、催化剂制品和包括此类催化剂制品的催化剂体系在氧化性能方面表现出增强的老化稳定性。在一些实施例中，一种氧化催化剂组合物包括具有多模态粒度分布的多个铂族金属颗粒，其中所述多个铂族金属颗粒具有两个不同且明确定义的粒度范围，与不包含铂族金属颗粒的此类多模态分布的氧化催化剂组合物相比，所述多个铂族金属颗粒在褪绿和/或老化后表现出较少的NO
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氧化性能损失。
[0009]因此，一方面，一种氧化催化剂组合物包括具有多模态粒度分布的多个铂族金属颗粒，其中所述多个铂族金属颗粒包括第一铂族金属颗粒群体和第二铂族金属颗粒群体，所述第一铂族金属颗粒群体的粒度范围为约0.5nm到约3nm，所述第二铂族金属颗粒群体的粒度范围为约4nm到约15nm。
[0010]在一些实施例中，所述第一铂族金属颗粒群体的粒度分布的特征在于平均粒度为约1nm，并且至少约80％的所述第一铂族金属颗粒群体的粒度在所述平均粒度的约1nm内。
[0011]在一些实施例中，所述第二铂族金属颗粒群体的粒度分布的特征在于平均粒度为约6nm，并且至少约80％的所述第二铂族金属颗粒群体的粒度在所述平均粒度的约2nm内。
[0012]在一些实施例中，所述第一铂族金属颗粒群体与所述第二铂族金属颗粒群体的重量比为约10:90到约90:10。在一些实施例中，所述第一铂族金属颗粒群体与所述第二铂族金属颗粒群体的重量比为约50:50到约90:10。在一些实施例中，所述第一铂族金属颗粒群体与所述第二铂族金属颗粒群体的重量比为约50:50到约75:25。
[0013]在一些实施例中，所述多个铂族金属颗粒的平均粒度为约3nm到约12nm。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氧化催化剂组合物，所述组合物包括具有多模态粒度分布的多个铂族金属颗粒，所述多个铂族金属颗粒包括：第一铂族金属颗粒群体，所述第一铂族金属颗粒群体的粒度范围为约0.5nm到约3nm；以及第二铂族金属颗粒群体，所述第二铂族金属颗粒群体的粒度范围为约4nm到约15nm。2.根据权利要求1所述的氧化催化剂组合物，其中所述第一铂族金属颗粒群体的粒度分布的特征在于平均粒度为约1nm，并且至少约80％的所述第一铂族金属颗粒群体的粒度在所述平均粒度的约1nm内。3.根据权利要求1或2所述的氧化催化剂组合物，其中所述第二铂族金属颗粒群体的粒度分布的特征在于平均粒度为约6nm，并且铂族金属至少约80％的所述第二铂族金属颗粒群体的粒度在所述平均粒度的约2nm内。4.根据权利要求1到3中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中所述第一铂族金属颗粒群体与所述第二铂族金属颗粒群体的重量比为约10:90到约90:10、约50:50到约90:10或约50:50到约75:25。5.根据权利要求1到4中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中所述多个铂族金属颗粒的平均粒度为约3nm到约12nm；约3nm到约10nm；约3nm到约8nm；约3nm到约6nm；或约3nm到约5nm。6.根据权利要求1到5中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中所述第一铂族金属颗粒群体和所述第二铂族金属颗粒群体中的一个或多个的至少约90％的铂族金属呈完全还原形式。7.根据权利要求1到6中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中所述第一铂族金属颗粒群体和所述第二铂族金属颗粒群体中的一个或多个的铂族金属包括铂、钯、钌、铑、铱或其组合。8.根据权利要求1到7中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中所述第一铂族金属颗粒群体和所述第二铂族金属颗粒群体中的一个或多个的铂族金属为铂。9.根据权利要求1到8中任一项所述的氧化催化剂组合物，其进一步包括至少一种难熔金属氧化物载体。10.根据权利要求9所述的氧化催化剂组合物，其中所述至少一种难熔金属氧化物载体包括氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)、二氧化铈(CeO2)或其组合。11.根据权利要求9到10中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中所述至少一种难熔金属氧化物载体包括掺杂有1％
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10％SiO2的Al2O3、掺杂有1％
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20％SiO2的TiO2或掺杂有1％
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30％SiO2的ZrO2。12.根据权利要求9到11中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中所述第一铂族金属颗粒群体和所述第二铂族金属颗粒群体两者都分散在同一难熔金属氧化物载体上。13.根据权利要求10到12中任一项所述的氧化催化剂组合物，其中所述第一铂族金属颗粒群体和所述第二铂族金属颗粒群体各自分散在单独的难熔金属氧化物载体上，其中所述第一铂族金属颗粒群体分散在第一难熔金属氧化物载体上，并且所述第二铂族金属颗粒群体分散在第二难熔金属氧化物载体上，其中所述第一难熔金属氧化物载体和所述第二难
熔金属氧化物载体是各自独立地选择的。14.根据权利要求13所述的氧化催化剂组合物，其中所述第一难熔金属氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：