使用贵重金属的高效催化剂制造技术

本发明专利技术公开了一种使用贵重金属的高效催化剂，该用于对车辆中的排放气体进行净化的催化剂可以包括贵重金属和多孔结构，该多孔结构用作贵重金属的支撑材料。所述多孔结构包括多个通道，该多个通道通过多个桥而互相连接。所述通道可以具有多个入口，其使得反应物穿过并且与贵重金属进行反应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用贵重金属的催化剂(catalyst)。更加具体而言，本专利技术涉及一种高效催化剂，其使用三维多孔结构来作为贵重金属的支撑材料，其目的是为了防止产生贵重金属的不可到达的区域，并且还改善了排放气体的扩散。
技术介绍
近来，由于车辆使用的增加和恶劣的交通状况，由排放气体所导致的空气污染正在成为难题。为了对排放气体进行管制并执行法规，很多国家已经建立了污染物的排放标准，所述污染物例如为排放气体中的一氧化碳(Co)、碳氢化合物(HC)和氧化氮(NOx)。通常，涂设有贵重金属的催化剂用来从车辆的排放气体中将有害物质进行去除， 所述贵重金属例如为钼(Pt)、钯(Pd)和铑(他)。这些催化剂通过促进碳氢化合物的分解、 一氧化碳的氧化和对氧化氮的还原而将有害物质从排放气体中去除并对排放气体进行净化。已经公开了在支撑材料中均勻涂设了贵重金属的催化剂来作为排放气体的净化催化剂。在用来净化车辆排放气体的常规的催化剂的情况下，通过将催化物质涂设在支撑材料上来制造催化剂，该催化物质包括昂贵的贵重金属，所述支撑材料形成为蜂窝的形状以增大催化剂和排放气体之间的接触面积，从而增大反应面积。典型地来说，正方形的网格用作蜂巢式支撑材料的单元网格。然而，如图1所示， 在催化剂当中使用正方形网格产生了多个角落，一定量的催化物质聚集在该角落处，导致了角落附近具有较厚的催化层14。排放气体中的诸如CO、HC和NOx的有害反应物16扩散到催化层当中并接着与贵重金属接触(Pt、Pd和他)而转化为无害物质。图1中的箭头显示了排放气体在角落周围的扩散。由于那里的催化层较厚，排放气体无法扩散到贵重金属的区域15当中。由此，催化剂的深入角落变成了不可到达的区域，也就是说，CO、HC和NOx无法扩散到其中的死区。 因此，不可到达的区域15当中的贵重金属无法参与反应。为了解决上述问题，设计了图2中的六边形网格20。但是该六边形网格20的各向同性强度(isotropic strength)比正方形网格10的各向同性强度要弱，因此实际上几乎并不使用六边形网格20。图3(A)显示了单元网格中的反应物的扩散路径的示意图，其中12表示网格壁并且该网格壁可以由堇青石(cordierite)制成。图3 (B)和图3(C)显示了两种催化剂的示意图，其中图3(C)中所示的催化剂已经退化。过去，无定形粉末(amorphous powder)被用作支撑本体50，因此催化层的密度逐渐变大，排放气体的扩散因而遭到恶化，并且产生了贵重金属的不可到达的区域15。此外，反应表面被减少，并且在贵重金属被烧结(参考40和 50a)之后或者贵重金属与排放气体中的硫进行了反应而中毒或者被污染(参考5 之后， 孔被覆盖。此外，产生了贵重金属不可到达的区域50b。公开于本专利技术背景部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的各个方面已经试图解决上述问题，并通过使用多孔结构来作为贵重金属的支撑材料而提供一种高效的催化剂，从而改善排放气体的扩散。本专利技术的各个方面提供了催化剂来对从车辆中排出的排放气体进行净化。所述催化剂使用了贵重金属和支撑材料，该支撑材料包含所述贵重金属并具有多个多孔结构。根据本专利技术的多个多孔结构的一个方面，其中该多孔结构具有多个通道，并且该多个通道通过多个桥而互相连接。根据本专利技术的多孔结构的另一个方面，其中所述结构包括多个通道，反应物通过所述通道而穿过该结构。根据本专利技术的多孔结构的再一个方面，其中该多孔结构是由中等孔径的纳米颗粒制成，例如MCM或SBA类型的材料。这些中等孔径的纳米颗粒包括中等孔径的硅石或者中等孔径的氧化铝。本专利技术的各个方面提供了若干优点。首先，贵重金属的颗粒能够被均勻分布，从而可以增大反应表面。其次，即使所述结构的一个通道入口被支撑材料的烧结(受到硫的毒化或者污染)而导致了阻塞，排放气体也能够穿过其它通道入口，从而还是能够抵达催化剂并进行反应。本专利技术的方法和装置具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本专利技术的特定原理。附图说明图1是包括了常规的正方形支撑材料的单元网格的示意图。图2是包括了常规的六边形支撑材料的单元网格的示意图。图3㈧显示了单元网格中的反应物的扩散路径的示意图，其中附图标记12表示网格壁。图3(B)是催化剂的示意图。图3(C)是另一种催化剂的示意图。图4是根据本专利技术的示例性的多孔结构的立体图。应当了解，附图并不必须是按比例绘制的，其示出了某种程度上经过简化了的本专利技术的基本原理的各个特征。在此所公开的本专利技术的具体的设计特征，包括例如具体的尺寸、定向、定位和外形，将部分地由特定目的的应用和使用环境所确定。在这些图形中，在贯穿附图的多幅图形中，附图标记指代本专利技术的相同或等效的部分。具体实施例方式接下来将具体参考本专利技术的各个实施例，在附图中和以下的描述中示出了这些实施例的实例。虽然本专利技术与示例性实施例相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本专利技术限制为那些示例性实施例。相反，本专利技术旨在不但覆盖这些示例性实施例，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本专利技术的精神和范围之内的各种替换、修改、 等效形式以及其它实施例。参考图4，本专利技术的各个实施例被设置成通过对贵重金属的不可到达的区域15 进行最小化而减少了昂贵的贵重金属的浪费。由此，用来制造催化剂所需的贵重金属量被最小化。为此，使用了多孔结构100，从而通过提高了排放气体的扩散，则死区一也就是贵重金属的不可到达的区域15——能够被最小化。在本专利技术的各个实施例当中，多孔结构 100具有多个通道，并且多孔结构100被用作贵重金属的支撑材料。该多孔结构100由诸如 MCM或SBA类型材料的中等孔径的(mesoporous)纳米颗粒制成。最常见的中等孔径的纳米颗粒类型是MCM-41和SBA-15。MCM系列中的MCM_41是通过利用微胶质晶体模板(micro-colloidal crystaltemplate)方法且合成了规则有序的大孔硅石而制成。SBA系列中的SBA-15是通过利用了作为实例的乳液聚合方法而合成了聚合体球状颗粒来制成的。当前，所合成的聚合体球状颗粒通过自装配(self-assembling) 而进行规则的布置，并且与混合物进行混合，该混合物是盐酸溶液和三嵌段共聚物的母液， 这样就能够获得均勻的多孔球状颗粒的模板，最后，对所述模板进行干燥和煅烧。本专利技术各个实施例中使用的SBA-15具有由硅石制成的中等孔径的结构，并且它具有多个5至50nm 的孔，所述孔通过利用两性分子嵌段中空聚合体而变得对热液稳定。至于其制造方法的详细描述，人们可以参考相关的公开文献。为了参考的目的，本说明书中的微(micro)、大(macro)、中等的(meso)是根据 IUPAC(理论化学和应用化学国际联合会)的定义来限定的，其分别是小于2nm、大于50nm、 和2nm到50nm的孔尺寸。在本专利技术的各个实施例当中，可以使用中等孔径的硅石和中等孔径的氧化铝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李孝京，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：